(57)【要約】  本発明は、顕微鏡的構造体の製作設備用の支持構造物（１）であって、製作設備を固定するための弾性要素を有する固定要素（６）が設置される一体形基礎本体（３）を有する支持構造物に関する。支持構造物に関する。固定要素は、剛性要素（１０）を更に有し、所定のしきい値を超える動的力を固定要素に加えると、剛性要素の剛性は、著しく減少する。支持構造物は、更に、固定要素に加えられた動的力の大きさとは関係なく、固定要素に加えられた静的力が実質的に弾性要素を介して基礎本体に伝達されるように設計されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡的構造体の製作設備用の支持構造物であって、前記製作設備を固定するための固定要素が設置される一体形基礎本体を有し、前記固定要素は、剛性要素を有し、前記固定要素は、弾性要素を更に有し、所定のしきい値を超える動的力を前記固定要素に加えると、前記弾性要素の剛性は、著しく減少し、前記支持構造物は、更に、前記固定要素に加えられた動的力の大きさとは関係なく、前記固定要素に加えられた静的力が実質的に前記弾性要素を介して前記基礎本体に伝達されるように設計されている、支持構造物。
【請求項２】
前記固定要素は、前記製作設備を支持し、前記固定要素に加えられる前記静的力は、前記製作設備の重量を含む、請求項１記載の支持構造物。
【請求項３】
前記固定要素は、実質的に水平に差し向けられた力を吸収するよう設計されている、請求項１又は２記載の支持構造物。
【請求項４】
実質的に水平に差し向けられる動的力の前記所定のしきい値は、実質的に垂直に差し向けられる動的力の前記所定のしきい値とは異なっている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項５】
前記固定要素に加えられた前記静的力の８０％以上は、前記弾性要素を介して前記基礎本体に伝達される、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項６】
前記弾性要素は、押圧される、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項７】
前記弾性要素は、化学的に不活性である、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項８】
前記弾性要素は、防縮性であると共に（或いは）ライドプルーフ（ride-proof）である、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項９】
前記弾性要素は、鋼製である、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項１０】
前記剛性要素は、脆弱であるように設計されている、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項１１】
前記剛性要素は、非晶質材料製である、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項１２】
前記剛性要素は、前記所定のしきい値を超えると、非可逆的に変形する、請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項１３】
前記剛性要素及び（又は）前記弾性要素は、回転対称であるように設計されている、請求項１〜１２のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項１４】
前記剛性要素と前記弾性要素は、一体化されている、請求項１〜１３のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項１５】
前記剛性要素は、結晶の形をした構造体から成る、請求項１〜１４のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項１６】
前記剛性要素の剛性は、外部磁界の影響を受けて変化する、請求項１〜１５のうちいずれか一に記載の支持構造物。
【請求項１７】
剛性要素及び弾性要素を有する請求項１記載の固定要素。
【請求項１８】
請求項１２記載の非可逆的変形後に請求項１記載の支持構造物を補修する方法であって、前記固定要素に加えられた力は、前記剛性要素を交換する短期間の間、補助要素を介して伝達される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡的又は微小な構造体の製作設備用の支持構造物であって、前記製作設備を固定するための剛性要素を有する固定要素が設置される一体形基礎本体を有する支持構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる支持構造物は、それ自体、例えばリソグラフィー設備を支持するものとして知られている。一方において、リソグラフィー設備で生じる大きな加速度及び力と他方において設備中のモジュールの所望の変位精度に関する厳しい要件との組み合わせを考慮すると、比較的大きな慣性を持つ基礎本体中に固定された剛性構造物を実現することが望ましい。この目的のため、設備は、固定要素の剛性要素によって一体形基礎本体上に建造される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
かかる構造物の欠点は、例えば大小の地震が生じたときに地下の変位又は変動に起因する基礎本体の運動の影響をリソグラフィー設備が受けやすいということにある。望ましくない大きな加速が地殻内部で生じる災害の発生後、設備の高感度モジュール、例えばリソグラフィー設備の光学要素をリセットし又は場合によっては完全に交換することが必要な場合が多い。特に、大小の地震が比較的多発する領域では、補修費用はかなりのものになる場合がある。
【０００４】
本発明の目的は、上述の利点を保ちながら上述の欠点を回避する顕微鏡的構造体の製作設備用の支持構造物を提供することにある。本発明の目的は、特に、大きな力を設備中のモジュールの変位精度に関する現行の厳しい要件との組合せで実現でき、他方、大小の地震の結果としての損傷を制御された仕方で、即ち、或る程度まで阻止する支持構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的のため、固定要素は、弾性要素を更に有し、所定のしきい値を超える動的力を固定要素に加えると、弾性要素の剛性は、著しく減少し、支持構造物は、更に、固定要素に加えられた動的力の大きさとは関係なく、固定要素に加えられた静的力が実質的に弾性要素を介して基礎本体に伝達されるように設計されている。
【０００６】
十分に大きな動的力で剛性が著しく減少する剛性要素を弾性要素と組み合わせることにより、例えば地質学的活動の結果として地面に大きな力が生じる場合の一体形基礎本体の動力学的性質が設備中の高感度のモジュールから或る程度機械的に切り離されて設備の損傷を阻止する支持構造物が得られる。この場合、事実は、設備の変位をそれほど生じさせないで一体形構造物の剛性を減少させることにある。しかしながら、設備の通常の使用中、剛性構造物が基礎本体を備えた状態で依然として実現され、したがって、動的挙動及び極端に高い精度に関する要件が技術的に実施可能のままであるようになっている。
【０００７】
さらに、固定要素に加えられた動的力の大きさとは関係なく、固定要素に加えられた静的力を実質的に弾性要素を介して基礎本体に伝達するような支持構造物の設計を行うことにより、剛性部分の静荷重に対する動荷重の比が比較的高いので、剛性要素の材料特性を特に剛性及びオプションとして破断に関し剛性要素に加えられた力に応じて前もって比較的正確に決定できる支持構造物が得られる。その結果、剛性要素の動的挙動を一層正確に且つ一層信頼性を持ってあらかじめ設定することができ、したがって、切り離し及びそれ故に設備の保護が所定の基準に基づいて実施されるようになる。
【０００８】
注目されることとして、米国特許第３，７９４，２７７号明細書から、地震の結果としての損傷を阻止する高感度構造体、例えば、計装機器を支持する支持構造物が知られている。この特許文献に記載された支持構造物は、剛性要素及び弾性要素を備えた固定要素を更に有している。しかしながら、本発明とは対照的に、通常の使用中、静的力、即ち、支持重量は、実質的に剛性要素を介して地面に伝達される。その結果、動荷重と静荷重の比は比較的小さく、したがって、動荷重が加えられたとき、剛性要素の剛性に関する特徴は、予測するのが一層困難になる。さらに、超過動荷重が生じると、支持構造物は、その結果として設備中に生じる加速に起因して、比較的大きく崩れるが、このことは、顕微鏡的構造体の製作設備に用いられた場合、望ましくない。
【０００９】
好ましくは、固定要素は、製作設備を支持し、固定要素に加えられる静的力は、製作設備の重量を含む。その結果、地殻変動で生じる垂直の力を巧く吸収することができる。当然のことながら、固定要素を実質的に垂直に差し向けられた力を吸収するよう構成して設備も又、水平面の加速度及び（又は）力に対して保護するようにすることも可能である。有利には、動的垂直力に関する所定のしきい値は、動的水平力に関する所定のしきい値とは異なっており、したがって、種々の幾何学的方向における切り離しを最適に設定することができるようになる。これは、設備の最大許容加速度が向きに依存すると共に（或いは）例えば設備に対する固定要素の重量分布及び向きに関し、種々の固定要素に対する設備の特定のサスペンションに依存する場合に重要である場合がある。
【００１０】
注目されることとして、固定要素に加えられた静的力を実質的に弾性要素を介して基礎本体に伝達するという意味は、静的力の半分以上が弾性要素を介して伝達されるということである。しかしながら、好ましくは、静的力の８０％以上、例えば９０％が弾性要素を介して伝達されて、剛性要素に加えられた静的力に対する許容動的力の比が増大するようになり、このことは、上述したように剛性要素の剛性に関する所望の特性を設定する上で有利である。
【００１１】
さらに注目されることとして、一体形基礎本体は、オプションとして、特定の本体、例えばフレームが一体化された剛性基礎本体又は床構造物を意味するものと理解されたい。また、固定要素は、「インサート」とも呼ばれている足板又は据付けプレートを介して基礎本体上に設置できる。
【００１２】
静的力は、事実上、経時的に変化しない力を意味し、動的力は、経時的に大きく変化する力を有し、この動的力は、例えば、地震の結果として数秒又は数分の一時的力である。本発明は又、固定要素に関する。
【００１３】
本発明は更に、支持構造物を補修する方法に関する。
【００１４】
図面に記載された例示の実施形態により本発明を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図は、本発明の好ましい実施形態の略図であるに過ぎない。図中、同一又は対応の部分は、同一の参照符号で示されている。
【００１６】
図１には、本発明の支持構造物１の第１の実施形態が、断面斜視図で示されている。図２及び図３は、それぞれ、この支持構造物１の概略側面図及び平面図である。支持構造物１は、コンクリート床３ａ上に設置された一体形基礎本体３を有し、このコンクリート床は、鋼及び（又は）コンクリートの基礎杭（図示せず）上に載っている。コンクリート床２３ａの下のスペース４は、必ずしもほこりの立たないスペース内で機能する必要はなく且つ（或いは）多くの塵粒子を生じさせる計器用に設けられている。これとは対照的に、コンクリート床の上のスペース５は、大気制御システムにより使用中、無塵状態であり、この大気制御装置は、顕微鏡的構造体、例えば集積回路の製作にとって必須要件となる場合が多い。基礎本体３をコンクリート床３ａ中に固定するのがよく又は他の取付け手段、例えばグルー連結手段、例えばエポキシにより床３ａに取り付けるのがよい。
【００１７】
支持構造物は、鋼製足板を介して基礎本体３上に設置された固定要素６を更に有し、この鋼製足板は、硬質のグルー層、例えばエポキシにより基礎本体に取り付けられ、この鋼製足板は、側板８を備えた頂板７を固定する。この場合、機械足部９が頂板上に設置され、この機械足部には、リソグラフィー設備として設計された製作設備が固定されている（図示せず）。オプションとして、固定要素は、基礎本体３内に且つ（或いは）頂板７内に設けられる。固定要素６は、非晶質材料の剛性ストリップ１０として設計された剛性要素及びコイルばね１１として設計された弾性要素を有する。頂板７、側壁８、機械足部９及びリソグラフィー設備の重量は、大部分、例えば９０％がばね１１を介して基礎板２に伝達される。静的重量のうちのほんの僅かな部分、例えば１０％は、垂直に位置決めされた剛性ストリップ１０ａによって支持される。ストリップ１０ａの剛性構造により、全ての動的力は、ストリップ１０ａにより基礎板２に垂直方向に伝達される。上述の動的力が例えば地震又は他の震動事象中、所定のしきい値を超えると、ストリップ１０ａの剛性は、著しく減少し、したがって、この場合、頂板７、側壁８、機械足部９及びリソグラフィー設備の全重量は、ばね１１によって支持されるようになる。その結果、設備に加わる強烈過ぎる加速度及び（又は）力を生じないようにして補修費及び据付け費を節約でき又は損傷を制限できるようにする。
【００１８】
垂直方向部位に対して横方向の水平面における強烈な加速に対する保護手段が、所定のしきい値に達した後に著しく減少する剛性に関する特性を備えたストリップ１０ｂによって同等に実現される。この場合、頂板７、側壁８、機械足部９及びリソグラフィー設備をばね（図示せず）によって固定し、かかるばねは、水平方向に圧縮可能である。ストリップ１０ｂは又、有利には、弾性媒体に組み込まれてもよい。
【００１９】
かくして、リソグラフィー設備中の高価な高感度のモジュールは、例えば震動事象の結果として基礎板３中に生じる振動に起因する外力及び（又は）加速度に対して保護される。しかしながら、これらモジュールは又、設備それ自体中への強烈に振動するモジュールの不正確な据付け又は欠陥により生じ又は他の内部機械動力学的性質により生じる損傷からも保護される。
【００２０】
ばね１１は、好ましくは、これにより生じたばね力が重力の大部分を静的平衡状態で支持するために利用されるように押圧される。剛性要素１０ａの剛性の著しい減少が生じると、垂直変位も制限されたままであり、したがって、リソグラフィー設備への損傷の恐れが減少する。オプションとして、水平静的力を伝達する目的で押圧してもよい。水平方向に作用する静的力が存在していない場合、当然のことながら、水平力を伝達するために弾性要素を押圧することを省くことができる。
【００２１】
ばね１１を化学的に不活性であると共に（或いは）防縮性であり且つ（或いは）ライドプルーフ（ride-proof）であるように設計することにより達成できることは、それぞれ放出される場合のある化学物質又は温度変動による弾性への影響が殆ど無く又は全く無いということである。
【００２２】
ばね１１の数、より一般的に言って、弾性要素及びリソグラフィー設備上の特定の係合箇所の数を例えば、設備に対する弾性要素の重量分布及び場合によっては向きに応じて選択するのがよい。
【００２３】
図４に示す本発明の支持構造物１の第２の実施形態が、床３ａ内に埋設されている。この実施形態では、ストリップ１０は、凹部を備えていない。さらに、垂直ストリップ１０ａは、中心に配置され、ばね１１として設計された弾性要素は、中心から外れた状態で配置されている。固定されるべき製作設備の特定の設計に応じて、考えられる補修を考慮して、剛性要素を中心に又はこれとは逆に中心外れの状態で配置すると有利な場合がある。
【００２４】
本発明の支持構造物１の第３の実施形態が図５に示されている。この実施形態は、第１の実施形態と似ている。これについては、図１を参照されたい。しかしながら、図５においても、支持構造物は、床３内に埋設されている。
【００２５】
第１の実施形態では、弾性要素は、金属ばね１１として設計されている。当然のことながら、弾性機能を例えば均質弾性材料、例えばゴム、好ましくはフッ素ゴムにより別の形態で具体化することも可能である。図６には、本発明の支持構造物１の実施形態が記載されており、この場合、弾性要素は、ゴムディスク１２として設計されている。この場合も又、図６の支持構造物１は、コンクリート床３ａ内に埋設されている。
【００２６】
有利には、剛性ストリップ１０ａ，１０ｂは、脆弱であるように設計されており、動的力の所定のしきい値までは、かなり一定の剛性を備えた要素が簡単に得られるようになっており、この剛性は、ストリップが非可逆的に変形したときに上記しきい値を超えたときに急減する。当然のことながら、例えばストリップの幾何学的形状の選択により非可逆的変形を別な仕方で実現することも可能である。
【００２７】
剛性要素の所定のしきい値を、例えば寸法形状、例えば長さ、幅、直径、材料の種類及び（又は）材料の後処理法を選択することにより設定できる。図１及び図３に示すように、剛性要素１０は、しきい値を設定するための凹部１３及び（又は）窪み及び（又は）補強材を更に備えるのがよい。
【００２８】
図８は、固定要素に及ぼされた荷重に応じた固定要素の剛性挙動のグラフ図である。曲線Ｇ１，Ｇ２は、荷重Ｌ及び変形量Ｄの関数として、それぞれ、剛性要素及び弾性要素の剛性を示している。グラフ図から明らかなように、弾性要素は押圧されて変形量Ｗ１が生じている。通常の使用中における固定要素の剛性は、点Ｃで表され、静荷重Ｌ２が、関与している。動荷重の結果として、曲線Ｇ１に沿って、しきい値Ｌ１，Ｌ３と関連の変形量Ｄ１，Ｄ２との間に変動Ｖ１が考えられ、変形量の差Ｗ２は比較的少ない。その結果、この場合、固定要素の剛性は、剛性要素によって定まる。動荷重が限界しきい値、即ち、Ｌ１−Ｌ２又はＬ２−Ｌ３の大きさを超えると、剛性要素は全部が破断して剛性がこの場合、曲線Ｇ２で示された弾性要素によって定められるようになる。荷重及び変形量の変動は、曲線Ｇ２に沿う変動Ｖ２で指示されている。
【００２９】
したがって、例えば破断を伴う剛性要素の非可逆的変形後、固定要素の挙動は、いわゆる低剛性領域においてＧ２によって説明され、この場合、比較的小さな荷重により、固定要素及び設備の比較的大きな変形が生じる。この場合、固定要素の剛性を低振動数ばね取付け型構造物が形成されるような仕方で選択するのがよく、設備が、例えば地震により基礎本体に加えられた力の結果である制限された加速度だけを受けるようになる。その結果設備に対するそれ以上の損傷は、例えば更に地震が生じた場合でも阻止される。この構造物は、好ましくは、向き及び１Ｈｚ〜３Ｈｚの振動数に応じてばね取付け型である。さらに、それに関しては、例えばバランサ又は他の構造体を提供して設備に対する損傷がそれ以上阻止されるようにすることにより固定要素及び設備を減衰させる措置を施すのがよい。
【００３０】
剛性要素のこの変形後、剛性要素が別個に設計されていれば剛性要素を交換することにより支持構造物を補修できる。補修作業を実施するのに、固定要素６に加えられる力を補助要素により一時的に逸らすのがよい。また、例えば構造物をコンクリート床に取り付ける手段としてのグルー層を除去することにより支持構造物を一体的に交換することも可能である。
【００３１】
本発明は、本明細書に記載した例示の実施形態には限定されない。多くの変形例が可能である。
【００３２】
例えば、かかる支持構造物は、リソグラフィー設備を支持するために使用できるだけでなく、顕微鏡的構造体、例えば微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、ナノ技術製品及び（又は）生化学製品の他の製造及び検査設備を支持するのにも使用できる。
【００３３】
さらに、剛性要素は、受動要素として設計できるだけでなく、例えば固定されるべき設備に既に存在している場合の多いセンサにより許容し得ない加速度を検出したり能動剛性要素を制御することにより能動的に制御できる。かかる能動剛性要素を図７に示す支持構造物の第５の実施形態で表されるように設計できる。例えば金属で作られたベンド（bend）形部分１５がその中央で金属筒体１６を包囲し、この金属筒体は、通常の動作中、この下に配置されたコイル１７により生じる磁界の影響を受けて下方に引っ張られ、かくして、所定の場所に剛性的に固定される。所定しきい値を超える加速度の検出後、この固定状態を、例えば、コイル１７をオフに切り換えることにより解除して、部分１５が容易にヒンジ運動できるようにする。その目的は、この部分の長手方向における剛性を所望に応じて減少させることにある。この目的のため、圧電要素も又使用できる。
【００３４】
加うるに、剛性要素は、ストリップ（図１）又はブロック（図４）以外の幾何学的形状、例えば、回転対称断面を呈することができ、例えば、図７に示された中空筒体１４であってもよい。中空筒体１４は、例えば、ガラスで設計されている。
【００３５】
好ましくは、剛性要素は、結晶の形をした構造体、例えば正八面体から成り、この構造体は、弾性材料中に埋設され、材料の剛性は、所定方向における動的力が結晶の形をした構造体のリブの破損により所定のしきい値を超えたときに減少するようになる。
【００３６】
かかる変形例は、当業者には明らかであり、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の支持構造物の第１の実施形態の概略断面斜視図である。
【図２】図１の支持構造物の概略側面図である。
【図３】図１の支持構造物の概略平面図である。
【図４】本発明の支持構造物の第２の実施形態の概略断面斜視図である。
【図５】本発明の支持構造物の第３の実施形態の概略断面斜視図である。
【図６】本発明の支持構造物の第４の実施形態の概略断面斜視図である。
【図７】本発明の支持構造物の第５の実施形態の概略断面斜視図である。
【図８】固定要素の剛性に関する特性のグラフ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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