光刻机基础防微振设计的新尝试

王飞

【摘 要】 桩基一般未直接用于精密仪器基础的防微振设计，而用于强振时的主动隔振。本文考虑桩土共同作用，提高地基刚度和地基阻尼比，减小变形，避免发生共振。以光刻机基础防微振设计实例，并通过测试证实，桩基可用于防微振设计的新方法，可供类似的工程设计参考。

【关键词】 防微振 地面振动 共振

1 某微电子厂房概况

浙江金华某两层微电子厂房，上部结构于2011年上半年施工完毕，一层层高7m，地坪还未施工。要求在地面上安装10台高精密步进光刻机，光刻机厂家要求周围地面振动对基础的影响：竖向振幅≤3μm，振动速度≤0.1mm/s，外界干扰频率在4Hz～25Hz时振动加速度≤4×10-3～8×10-3m/s2。

厂房地基土层情况如下：场地属丘陵地貌经人工填平后，东高西低。①层碎石填土，层厚1.2-10.5m，松散状，稍湿，由风化岩碎块石夹少量粘性土，为新进堆填，未经分层压实和自重固结。②层粉质粘性，层厚0.4-3.1m，中压缩性。③层强风化泥质粉砂岩，层厚4-8.5m，为极软岩。④层中风化泥质粉砂岩，层厚0.2-1.5m，为软岩。厂房四周为厂区道路，常有汽车等行驶。

地下水位在地面5m以下，老厂房柱下采用人工挖孔灌注桩基础，桩端持力层为④层中风化泥质粉砂岩，承台底标高-2.2m。

2 桩基用于防微振设计的分析研究

本次光刻机基础设计时，乃是考虑采用桩基直接用于防微振，且为考虑桩土共同作用的一个新尝试。与用钢弹簧隔振相比，基础块体增大不多，但省去弹簧和放置隔振系统的钢筋混凝土地坑，总费用减少很多，且施工简单，以后无维修及更换烦恼。

3 光刻机基础防微振设计的原理

光刻机基础防微振设计首先应尽量通过总体工艺流程与平面布置，对振源采取有效的主动隔振措施，使它的干扰影响尽量小。为避免共振，应根据场地的工程地质情况与周围有影响的振源振动情况，对地基进行有效、合理的处理，以提高防微振设备基础体系的竖向抗压刚度，使体系的固有频率适度地超过周围已有及将来可能会有的振源的强迫振动频率[4]。另外，根据振源振动对于地层的干扰，以及振动波的能量在土中传播衰减后对基础振动体系的干扰，采取有效的被动隔振措施，使光刻机基础底座竖向振幅小于允许值，振动速度最大值小于允许值，以及在一定外界干扰频率范围内的振动加速度最大值小于允许值[5]。

本工程动力模型中，将承台及其上光刻机看作一个质量为M的刚体[6]，将桩基及其间土层看作没有质量的弹簧，简化为研究支承在弹簧上刚体的振动问题，弹簧的刚度即桩基及其间土层的竖向抗压刚度，底座即桩端以下的④层土。底座的振动是由于附近振源的振动能量在土中传播至底座引起的，由于桩基及其间土层整体刚度较大，因此经土层衰减传播来的能量干扰影响很小，引起它发生的振动也是很小的。

4 光刻机基础防微振设计

10台高精密步进光刻机，其基础做成独立的、与周围地面完全脱开的、由群桩支承的整板式钢筋混凝土基础。这主要根据地质情况、周围振源的振动干扰情况、地面使用荷载、机器与仪器的底座允许最大振幅很小（3μm）而确定的。桩型、桩持力层、桩断面尺寸、单桩承载力试验、布桩原则同一般桩。在确定桩数时，必须确保防微振设备基础体系的固有频率一定要适度超过周围已有振源和将来可能会有振源的强迫振动频率，不发生共振现象，同时必须满足基础沉降均匀。

根据工艺平面布局，每台步进光刻机外形尺寸2500（长）×2000（宽）×3000（高），单台总重5200kg。最终采用的由群桩支承的整板式钢筋混凝土基础，其整板厚度1000mm， C25混凝土，整板下总计10根900直径的C25挖孔灌注桩。整板基础四周设置300mm宽减振沟内填中粗砂，整板基础与建筑地坪设缝50mm脱开。

5 防微振基础的现场测试

防微振工程的测试应分四次进行[7]。10台光刻机基础于2011年下半年施工完毕后，请当地地震局专家到现场测试，结果表明光刻机底座的振幅小于允许振幅，振动速度最大值小于允许值，以及在一定外界干扰频率范围内的振动加速度最大值小于允许值。光刻机安装后运行正常，说明设计是成功的。

6 结束语

1、光刻机防微振基础宜安置在直接与地基土接触的底层，应做成独立的、周围与地面完全脱开的整板式基础，本文采用桩基直接用于防微振基础设计，是一新尝试，已获成功，今后似可推广应用。

2、光刻机防微振基础设计最关键的问题是确保不发生共振现象，通过主动隔振和被动隔振等措施，尽量减小周围振动的干扰。

3、由于场地周围振源振动干扰的复杂性及其在土中传播衰减的不规则性，目前部分计算公式为较近似的，或半经验半理论的。因此，光刻机防微振基础设计主要依靠的是概念设计、现场测试以及工程实践经验。

参考文献

[1] 隔振设计规范GB 50463-2008 [S]

[2] 俞渭雄.陈骝.娄宇.IC工厂的防微振设计[J].洁净与空调技术， 2007（01）：49-54

[3] 刘巧伶.理论力学（第三版） [M]. 北京， 科学出版社， 2005

[4] 吴邦达.桩基用于防微振基础的分析[J].防灾减灾工程学报， 2007（06）

[5] 动力机器基础设计规范GB 50040-96 [S]

[6] 郑华山.防微振设备基础的设计研究[J].建筑结构， 2008（09）

[7] 电子工业防微振工程技术规范（2009年送审稿） [S]