Виброзащита

4х-уровневая система виброзащиты
виброскорости по XYZ менее 1мкм/с
уникальные технические решения:
усиление конструктива этажа
2х-тонная антивибрационная конструкция
активные пьезоплатформы
пассивные антивибрационные столы

Чтобы представить насколько важно отсутствие вибраций в современном технологическом центре микро и нанотехнологий, необходимо понять физику происходящих процессов. Так, например, для изготовления структур с размерами до 10 нм в НОЦ ФМН используется электронно-лучевая литография. Этот метод заключается в формировании («рисовании») структур остро сфокусированным пучком электронов.

Чтобы сфокусировать пучок отрицательно заряженных электронов в пятно диаметром менее 2 нанометров, его «разгоняют» ускоряющим напряжением 50 000 вольт. После чего таким пятном начинают, например, построчно «рисовать» в электроночувствительном материале необходимую конструкцию структуры. До начала строительства Центра нормальная амплитуда вибраций по осям XYZ составляла до 50-100 мкм. Несложно догадаться, что случайное смещение (эффект вибраций) пучка электронов при формировании 10-100 нанометровой структуры на 100 микрон (в 1000 раз больше размера структуры), полностью разрушило бы данную структуру.

Аналогичная ситуация, когда речь идет работе на предельных технологических режимах, наблюдается в процессе лазерной литографии, измерений на сканирующем электронном микроскопе, стилусном профилометре, лазерном рефлектометре и даже оптическом микроскопе в режиме ультравысокого разрешения. Не говоря о высокоточных измерениях, когда даже вибрации, генерируемые голосом технолога, не позволяют получить качественных результатов. И такие измерения в Центре проводятся довольно часто, поэтому при проектировании вопросам виброзащиты высокоточного оборудования было уделено колоссальное количество времени и внимания.

В ходе проектирования технологического центра НОЦ ФМН было проведено более 10 исследований распределения вибраций во всех помещениях Центра, которые проводились ведущими мировыми специалистами из России, Нидерландов и Германии. Результаты этих исследований были положены в основу планировки участков технологического центра таким образом, чтобы разместить высокоточное технологическое и метрологическое оборудование в зонах наименьших вибраций.

Параллельно были решены вопросы планировки размещения оборудования с учетом размещения магистралей специальных газов, технического азота, сжатого воздуха, линии низкого вакуума, воздуховодов приточной вентиляции, трубопроводов системы пожаротушение, воздуховодов вытяжной системы, силовых и сигнальных линий, трубопроводов ультрачистой деионизованной воды, трубопроводов оборотного водоохлаждения и все это в запотолочном пространстве высотой чуть более 1 метра.
После планировки помещений и размещения оборудования выполнен проект комплексного усиления несущих конструкций части первого этажа в зоне размещения технологического центра, для чего проведена колоссальная кропотливая работа по обследованию текущего состояния конструктива здания и инженерных коммуникаций, а также получена из архивов конструкторская документация 80-х годов на здание корпуса. Реализация комплексного усиления несущих конструкций части первого этажа послужило первым уровнем общей системы виброзащиты, концепция и технические решения которой разработаны совместно российскими проектировщиками и ведущей голландской компанией, которая многие годы специализируется на разработке специальных решений по защите высокоточного оборудования для таких компаний, как Intel, ASML и др. В ходе проектирования совместно были предложены три принципиально разные концепции реализации уникальной системы виброзащиты с учетом технических требований, предъявляемых производителями выбранного технологического и метрологического оборудования.

В результате комплексного анализа предложенных решений, особенностей выбранного оборудования, планировки помещений технологического центра и анализа конструктива здания была выбрана концепция 4-х уровневой виброзащиты. Первый уровень, как уже было отмечено, представлен комплексным усилением несущих конструкций части первого этажа, второй уровень – специально разработанная металлоконструкция, третий уровень – активные виброплатформы на пьезодвигателях, четвертый уровень – пассивные вибростолы.

Разработка второго уровня виброзащиты (металлоконструкция, которая установлена под полом (в подвале)) проведена в три этапа: моделирование металлоконструкции и результирующих вибраций, изготовление металлоконструкции в России с контролем качества изготовления голландскими специалистами и совместный монтаж российскими специалистами под руководством представителя и с использованием специального оборудования голландской компании.

Третий уровень представляет собой активные платформы, на такие платформы устанавливаются чувствительное к вибрациям оборудование. Платформа устанавливается на пол на 4 опоры, в нее встроена система сенсоров, которая измеряет вибрации под каждой из опор отдельно и 16 пьезодвигателей (по 4 на каждую опору) в режиме реального времени создают в противофазе воздействие, компенсирующее вибрации в данный момент времени. Такая система с обратной связью настраивается индивидуально под каждую пару: помещение – оборудование. Пуско-наладка и настройка третьего уровня виброзащиты была проведена совместно со специалистами России, Германии и США.

Последний четвертый уровень виброзащиты – пассивные виброплатформы и вибростолы демпфируют вибрации за счет своего большого веса (в среднем 0,5-2 тонны), помогая практически исключить вибрации низких частот. По результатам моделирования, которые подтвердились после реализации, первый уровень снизил вибрации в 5 раз, второй уровень – еще в 4,5 раза, третий – до рекомендаций производителя литографического оборудования, четвертый – практически исключает появление вибраций.