JP2006138769A - 地震予知方法、地震予知装置、および防振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 地震の発生を予知して、防振装置自体の損傷および支持している機器等の損傷を実質的に回避する。
【解決手段】 機器（７）を載置するための防振台（１１）と、防振台の振動を計測するセンサ（１２，１３）と、防振台を支持し且つ機器に伝わる振動を抑制するためにセンサの計測結果に応じて作動するアクチュエータ（１５，１６）とを備えた防振装置。センサの出力から所定の振動成分を検出するための検出部（１８ａ）と、所定の振動成分の検出に基づいて地震の発生を予知して予知信号を出力するための信号出力部（１８ｂ）とをさらに備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、地震予知方法、地震予知装置、および防振装置に関するものである。

たとえば半導体素子を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、投影光学系を介してマスクパターンを感光性基板上に投影露光する露光装置が使用されている。この種の露光装置に搭載される投影光学系では、微細パターンを忠実に且つ高解像で転写するために、その残存収差を小さく抑えることが要求される。したがって、投影光学系の製造工程では、たとえば波面収差測定機を用いて収差測定を行い、その測定結果に基づいて投影光学系の調整を行っている。

なお、投影光学系の波面収差を所要の精度で測定するには、外部から波面収差測定機に伝わる振動をできるだけ小さく抑える必要がある。そこで、従来、たとえば特開平１０−１６９７０２号公報に開示されているような防振装置を用いて波面収差測定機を支持し、外乱による振動が波面収差測定機に伝わるのを能動的に抑制した所望の静止状態で投影光学系の波面収差の測定を行っている。

特開平１０−１６９７０２号公報

上述のように波面収差測定機などの精密光学機器を支持する防振装置では、その能動的な振動抑制能力を大きく超えるような過大な振動、たとえば比較的大きな地震に起因するような過大な振動が外部から伝わると、防振装置が損傷を受けるだけでなく、支持している機器や機器に取り付けられた被測定物等が損傷を受ける恐れがある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、地震の発生を予知して、防振装置自体の損傷および支持している機器等の損傷を実質的に回避することのできる防振装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、岩盤または該岩盤とほぼ一体的な物体の振動を計測し、前記岩盤または前記物体の振動計測結果から０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの低周波数で０．１ｍgal以上の加速度の微振動成分を検出し、該微振動成分の検出に基づいて地震の発生を予知することを特徴とする地震予知方法を提供する。

本発明の第２形態では、岩盤または該岩盤とほぼ一体的な物体の振動を計測するセンサと、
前記センサの出力から０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの低周波数で０．１ｍgal以上の加速度の微振動成分を検出する検出部と、
前記微振動成分の検出に基づいて地震の発生を予知して予知信号を出力する信号出力部とを備えていることを特徴とする地震予知装置を提供する。

本発明の第３形態では、第２形態の地震予知装置と、機器を載置するための防振台と、該防振台の振動を計測する別のセンサと、前記防振台を支持し且つ前記機器に伝わる振動を抑制するアクチュエータと、前記別のセンサの計測結果に応じて前記アクチュエータを制御する制御部とを備え、
前記検出部は、前記センサおよび前記別のセンサの少なくとも一方の出力から前記微振動成分を検出することを特徴とする防振装置を提供する。

本発明の第４形態では、機器を載置するための防振台と、該防振台の振動を計測するセンサと、前記防振台を支持し且つ前記機器に伝わる振動を抑制するために前記センサの計測結果に応じて作動するアクチュエータとを備えた防振装置において、
前記センサの出力から所定の振動成分を検出するための検出部と、
前記所定の振動成分の検出に基づいて地震の発生を予知して予知信号を出力するための信号出力部とを備えていることを特徴とする防振装置を提供する。

本発明の防振装置では、機器を載置するための防振台の振動を計測するセンサの出力から所定の振動成分、たとえば０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの低周波数で０．１ｍgal以上の加速度の微振動成分を検出し、この微振動成分の検出に基づいて地震の発生を予知する。したがって、本発明の防振装置では、地震の発生を予知して、防振装置自体の損傷および支持している機器等の損傷を実質的に回避することができる。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる防振装置の設置状況を概略的に示す図である。また、図２は、本実施形態にかかる防振装置の構成を概略的に示す図である。図１を参照すると、本実施形態にかかる防振装置（除振装置）１は、岩盤２の上に形成された独立基礎３の上に設置されている。

さらに詳細には、岩盤２の上に捨てコンクリート４が敷設され、捨てコンクリート４の上に大きな体積を有する独立コンクリート基礎３が打設されている。また、独立基礎３は周囲の地盤５および床６から空間的に隔絶されており、外部からの振動が地盤５および床６を介して独立基礎３に伝わりにくく、ひいては独立基礎３の上に設置された防振装置１に伝わりにくい構成になっている。

図２を参照すると、本実施形態の防振装置１は、たとえば波面収差測定機７のような機器を載置するための防振台１１と、防振台１１に作用する加速度を検出する加速度センサ１２と、防振台１１の変位を検出する変位センサ１３と、独立基礎３に固定的に設置された３本（図２では２本だけを図示）の脚部１４と、３本の脚部１４と防振台１１との間にそれぞれ設けられて防振台１１を支持する空気ばね１５と、空気ばね１５の内部の空気量を調整して減衰率を可変とするサーボバルブ１６と、独立基礎３に作用する加速度を検出する加速度センサ１７と、サーボバルブ１６を介して空気ばね１５を制御する制御部１８とを備えている。

ここで、加速度センサ１２および変位センサ１３は、３本の脚部１４に対応する位置にそれぞれ設けられ、防振台１１の振動を計測するセンサを構成している。また、空気ばね１５は、防振台１１を支持して波面収差測定機７に伝わる振動を抑制するためのアクチュエータを構成している。なお、アクチュエータとして、たとえばリニアモータを空気ばね１５と併用することもできる。

制御部１８は、信号処理部１８ａにおいてセンサ（１２，１３）からの信号を処理し、信号処理部１８ａからの出力に応じて（すなわちセンサ（１２，１３）の計測結果に応じて）、サーボバルブ１６を介して空気ばね１５を制御する。具体的には、制御部１８は、特に加速度センサ１２の出力信号に応じて、サーボバルブ１６の作用により空気ばね１５による減衰率を調整して防振台１１の揺れ振動を打ち消し、ひいては外部からの振動が波面収差測定機７に伝わるのを能動的に抑制する。

本実施形態の防振装置１では、たとえば露光装置に搭載すべき投影光学系の波面収差を測定するための波面収差測定機７を防振台１１の上に載せる。そして、外部からの振動が波面収差測定機７に伝わるのを防振装置１の作用により能動的に抑制しつつ、所望の静止状態で投影光学系の波面収差の測定を高精度に行う。なお、波面収差測定機７の具体的な構成および作用については、たとえば特開平１０−３８７５７号公報を参照することができる。

しかしながら、前述したように、本実施形態の防振装置１では、その能動的な振動抑制能力を大きく超えるような過大な振動、たとえば比較的大きな地震に起因するような過大な振動が外部から伝わると、たとえば防振台１１の過大な揺れやセンサ（１２，１３）の破損などにより、防振装置１が損傷を受けたり、支持している搭載機器（本実施形態の場合には波面収差測定機７そのものや、波面収差測定機７に取り付けられた被測定物としての投影光学系など）が損傷を受けたりする恐れがある。

そこで、本実施形態では、制御部１８内の信号処理部１８ａにおいて、センサ（１２，１３，１７）の出力から所定の振動成分を検出する。そして、制御部１８内の信号出力部１８ｂが、信号処理部１８ａにおける所定の振動成分の検出に基づいて、地震の発生を予知して予知信号を出力する。さらに、信号出力部１８ｂは、信号処理部１８ａにおける所定の振動成分の検出に基づいて、たとえば波面収差測定機７の動作を停止させるための停止信号を必要に応じて出力する。

具体的には、制御部１８は、所定の振動成分として、たとえば０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの低周波数で０．１ｍgal（ミリガル）以上（好ましくは０．１ｍgal〜１gal）の加速度の微振動成分を信号処理部１８ａにおいて検出すると、信号出力部１８ｂから予知信号および停止信号を出力する。そして、制御部１８は、予知信号の出力に応じて、サーボバルブ１６の作用により空気ばね１５の内部の空気を抜いて空気ばね１５による能動的振動抑制機能を停止させ、防振台１１を脚部１４に対して固定状態に設定する。また、波面収差測定機７は、制御部１８からの停止信号を受けて、その動作を停止する。

こうして、本実施形態では、比較的大きな地震が発生しても、その発生に先立って防振台１１が脚部１４に対して固定状態に設定されるので、防振台１１の過大な揺れやセンサ（１２，１３）の破損などを未然に防止することができ、ひいては防振装置１の損傷および搭載機器である波面収差測定機７や被測定物（投影光学系）の損傷を実質的に回避することができる。すなわち、本実施形態の防振装置１では、地震の発生を予知して、防振装置自体の損傷および支持している機器等の損傷を実質的に回避することができる。

以下、本実施形態における地震発生予知の考え方について説明する。図３および図４は、本実施形態の防振装置において能動的な振動抑制が正常に機能する様子を示す図である。図３および図４において、縦軸は変位（ｍｍ）を示し、横軸はある時刻からの経過時間（ｓ）を示している。また、図３において、（ａ）は第１の脚部１４に対応して配置された第１の変位センサ１３が検出した防振台１１の鉛直方向に沿った変位を示している。

同様に、図３（ｂ）は、第２の脚部１４に対応して配置された第２の変位センサ１３が検出した防振台１１の鉛直方向に沿った変位を示している。また、図３（ｃ）は、第３の脚部１４に対応して配置された第３の変位センサ１３が検出した防振台１１の鉛直方向に沿った変位を示している。なお、３本の脚部１４は、ほぼ正三角形の頂点に対応する位置にそれぞれ配置されている。

一方、図４において、（ａ）は第１の変位センサ１３が検出した防振台１１の第１の水平方向に沿った変位を示している。また、図４（ｂ）は、第２の変位センサ１３が検出した防振台１１の第２の水平方向（第１の水平方向と直交する方向）に沿った変位を示している。また、図４（ｃ）は、第３の変位センサ１３が検出した防振台１１の第３の水平方向（第１の水平方向と逆向き）に沿った変位を示している。

したがって、図４（ｃ）に示す変位の波形は、図４（ａ）に示す変位の波形とほぼ逆向きの性状を有する。図３および図４を参照すると、本実施形態の防振装置１では、外乱により防振台１１が一時的に振動することがあっても、空気ばね１５の作用により防振台１１の振動が能動的に抑制され、ひいては振動が波面収差測定機７に伝わるのを能動的に抑制できることがわかる。

図５および図６は、図３および図４に対応する図であって、本実施形態の防振装置において能動的な振動抑制が正常に機能していない様子を示す図である。図５および図６は、本実施形態の防振装置１において、平成１６年新潟県中越地震（以下、単に「中越地震」という）の発生前に、さらに特定すれば平成１６年１０月２１日の午前９：３０頃に埼玉県の熊谷市で、変位センサ１３が検出した防振台１１の変位を示している。

図５および図６を参照すると、防振装置１の能動的な振動抑制能力を超えるような過大な振動が、岩盤２および独立基礎３を介して外部から防振装置１に伝わり、防振台１１が約０．２Ｈｚの低周波数で所定時間に亘って継続的に振動していることがわかる。なお、図示を省略したが、同じく平成１６年１０月２１日の午前９：３０頃に同じく埼玉県熊谷市で、加速度センサ１２の出力も変位センサ１３の出力にほぼ対応するように、防振台１１が約０．２Ｈｚの低周波数で所定時間に亘って継続的に微振動していることを示していた。

図７は、中越地震の発生前に、さらに特定すれば平成１６年１０月２１日の午前１０：００頃に同じく埼玉県熊谷市で、加速度センサ１７が検出した独立基礎３の加速度の経時的変化を示している。図７において、縦軸は加速度（gal）を示し、横軸はある時刻からの経過時間（ｓ）を示している。図７を参照すると、独立基礎３（ひいては岩盤２）も防振台１１と同様に、約０．２Ｈｚの低周波数で所定時間に亘って継続的に微振動していることがわかる。

実際に、図５および図６に示すような防振台１１の約０．２Ｈｚの低周波数にしたがう微振動、および図７に示すような独立基礎３の約０．２Ｈｚの低周波数にしたがう微振動は、平成１６年１０月２３日の午後５：５６頃に中越地震が発生するまで丸２日間以上も継続した。防振台１１や独立基礎３のこのような性状の微振動は、平常時には全く確認されなかった異常事態である。

図８および図９は、図５および図６に対応する図であって、本実施形態の防振装置において能動的な振動抑制が正常に機能していない様子を示す別の図である。具体的に、図８および図９は、本実施形態の防振装置１において、中越地震の発生後に、さらに特定すれば平成１６年１０月２６日に同じく埼玉県熊谷市で、変位センサ１３が検出した防振台１１の変位を示している。図８および図９を参照すると、図５および図６に示す振幅よりもかなり小さい微振動であるが、やはり約０．２Ｈｚの低周波数で所定時間に亘って継続的に防振台１１が微振動していることがわかる。

中越地震の発生後に、図８および図９に示すような防振台１１の約０．２Ｈｚの低周波数にしたがう比較的小さな継続的な微振動は、比較的顕著な余震の発生に先立ってその都度確認されている。また、図示を省略したが、独立基礎３についても防振台１１と同様に、約０．２Ｈｚの低周波数にしたがう比較的小さな継続的な微振動が、比較的顕著な余震の発生に先立ってその都度確認されている。

以上の事実により、本出願人は、本実施形態の防振装置１において、加速度センサ１２、変位センサ１３および加速度センサ１７のうちの少なくとも１つのセンサの出力から、所定の振動成分として、たとえば０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの低周波数で０．１ｍgal以上（好ましくは０．１ｍgal〜１gal）の加速度の微振動成分を検出したとき、この振動成分の検出に基づいて地震（本震だけでなく余震も含む広い概念）の発生を予知できることを見出した。

さらに、加速度センサ１７が防振台１１の振動ではなく岩盤２とほぼ一体的な独立基礎３の振動を計測していることに着目すると、単に防振装置に対してだけでなく、一般的な地震予知方法および地震予知装置に対して上述の知見を適用できることは明らかである。すなわち、岩盤の振動を直接的に計測し、その振動計測結果から０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの低周波数で０．１ｍgal以上（好ましくは０．１ｍgal〜１gal）の加速度の微振動成分を検出し、この微振動成分の検出に基づいて地震の発生を予知することもできる。

あるいは、岩盤とほぼ一体的な物体の振動、本実施形態の場合には例えば独立基礎３の振動（また適当な場合には防振台１１の振動など）を計測し、その振動計測結果から０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの低周波数で０．１ｍgal以上（好ましくは０．１ｍgal〜１gal）の加速度の微振動成分を検出し、この微振動成分の検出に基づいて地震の発生を予知することもできる。本発明にかかる地震予知では、震源の位置を特定することはできないが、検出された微振動成分の特性に基づいて震源までの距離や地震の規模などを予想することができるようになる可能性もある。さらには、複数地点での本発明の計測に基づいて震源までの距離や地震の規模などの予想ができる可能性もある。

なお、上述の実施形態では、特定の構成を有し且つ特定の設置状態にある防振装置に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、本発明が適用可能な防振装置の構成および設置状態については様々な変形例が可能である。

本発明の実施形態にかかる防振装置の設置状況を概略的に示す図である。 本実施形態にかかる防振装置の構成を概略的に示す図である。 本実施形態の防振装置において能動的な振動抑制が正常に機能する様子を示す図である。 本実施形態の防振装置において能動的な振動抑制が正常に機能する様子を示す図である。 中越地震の発生前に本実施形態の防振装置において能動的な振動抑制が正常に機能していない様子を示す図である。 中越地震の発生前に本実施形態の防振装置において能動的な振動抑制が正常に機能していない様子を示す図である。 中越地震の発生前に本実施形態の防振装置において加速度センサが検出した独立基礎の加速度の経時的変化を示す図である。 中越地震の発生後に本実施形態の防振装置において能動的な振動抑制が正常に機能していない様子を示す別の図である。 中越地震の発生後に本実施形態の防振装置において能動的な振動抑制が正常に機能していない様子を示す別の図である。

符号の説明

１ 防振装置（除振装置）
２ 岩盤
３ 独立基礎
７ 波面収差測定機
１１ 防振台
１２，１７ 加速度センサ
１３ 変位センサ
１５ 空気ばね
１６ サーボバルブ
１８ 制御部
１８ａ 信号処理部
１８ｂ 信号出力部

Claims (11)

1. 岩盤または該岩盤とほぼ一体的な物体の振動を計測し、前記岩盤または前記物体の振動計測結果から０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの低周波数で０．１ｍgal以上の加速度の微振動成分を検出し、該微振動成分の検出に基づいて地震の発生を予知することを特徴とする地震予知方法。
2. 岩盤または該岩盤とほぼ一体的な物体の振動を計測するセンサと、
   前記センサの出力から０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの低周波数で０．１ｍgal以上の加速度の微振動成分を検出する検出部と、
   前記微振動成分の検出に基づいて地震の発生を予知して予知信号を出力する信号出力部とを備えていることを特徴とする地震予知装置。
3. 請求項２に記載の地震予知装置と、機器を載置するための防振台と、該防振台の振動を計測する別のセンサと、前記防振台を支持し且つ前記機器に伝わる振動を抑制するアクチュエータと、前記別のセンサの計測結果に応じて前記アクチュエータを制御する制御部とを備え、
   前記検出部は、前記センサおよび前記別のセンサの少なくとも一方の出力から前記微振動成分を検出することを特徴とする防振装置。
4. 前記防振装置は、前記岩盤上に形成された独立基礎の上に設置されていることを特徴とする請求項３に記載の防振装置。
5. 前記信号出力部は、前記微振動成分の検出に基づいて前記機器の動作を停止させるための停止信号を出力することを特徴とする請求項３または４に記載の防振装置。
6. 前記防振台を固定する固定手段をさらに備え、
   前記信号出力部は、前記微振動成分の検出に基づいて前記アクチュエータの動作を停止させる信号を出力し、
   前記制御部は、前記アクチュエータの動作を停止させる信号に基づいて、前記固定手段を動作させて前記防振台を固定することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の防振装置。
7. 機器を載置するための防振台と、該防振台の振動を計測するセンサと、前記防振台を支持し且つ前記機器に伝わる振動を抑制するために前記センサの計測結果に応じて作動するアクチュエータとを備えた防振装置において、
   前記センサの出力から所定の振動成分を検出するための検出部と、
   前記所定の振動成分の検出に基づいて地震の発生を予知して予知信号を出力するための信号出力部とを備えていることを特徴とする防振装置。
8. 前記検出部は、前記所定の振動成分として、０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの低周波数で０．１ｍgal以上の加速度の微振動成分を検出することを特徴とする請求項７に記載の防振装置。
9. 前記信号出力部は、前記所定の振動成分の検出に基づいて前記機器の動作を停止させるための停止信号を出力することを特徴とする請求項７または８に記載の防振装置。
10. 前記防振装置は、岩盤上に形成された独立基礎の上に設置されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の防振装置。
11. 前記防振台を固定する固定手段をさらに備え、
    前記信号出力部は、前記所定の振動成分の検出に基づいて前記アクチュエータの動作を停止させると共に、前記防振台を固定するために前記固定手段を動作させる信号を出力することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の防振装置。

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