特表 2024-524733 磁気浮上式重力補償装置及び微動ステージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-05

(54)【発明の名称】磁気浮上式重力補償装置及び微動ステージ

(51)【国際特許分類】

   H02N 15/00 20060101AFI20240628BHJP

   H01L 21/68 20060101ALI20240628BHJP

【ＦＩ】

H02N15/00

H01L21/68 K

【審査請求】有

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024502635

(86)(22)【出願日】2022-07-15

(85)【翻訳文提出日】2024-01-19

(86)【国際出願番号】 CN2022106043

(87)【国際公開番号】W WO2023284866

(87)【国際公開日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】202110804356.0

(32)【優先日】2021-07-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524021589

【氏名又は名称】イングァン セミコンダクター テクノロジー カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＹＩＮＧＵＡＮ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100115679

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 勇毅

(74)【代理人】

【識別番号】100114177

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 龍

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】ポン，レンチァン

(72)【発明者】

【氏名】フー，ビン

(72)【発明者】

【氏名】ジァン，シューチュー

(72)【発明者】

【氏名】ゴン，ウェイ

(72)【発明者】

【氏名】チェン，マオユー

【テーマコード（参考）】

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F131AA02

5F131CA21

5F131CA37

5F131CA38

5F131DA33

5F131DC18

5F131EA02

5F131EA14

5F131EA22

5F131EA23

5F131EA24

5F131EA27

5F131EB01

5F131EB11

(57)【要約】

本願は磁気浮上式重力補償装置及び微動ステージを開示し、磁気浮上式重力補償装置は、内側ベース磁石、第１の端部磁性鋼、第２の端部磁性鋼、内側マグネットリング磁性鋼及び外側コイルを含み、内側ベース磁石は軸方向に沿って延在し、第１の端部磁性鋼及び第２の端部磁性鋼はそれぞれ内側ベース磁石の２つの軸方向端部に位置し且つ軸方向に沿って延在し、且つ第１の端部磁性鋼及び第２の端部磁性鋼の外径はそれぞれ内側ベース磁石の２つの軸方向端部から離れる方向に沿って徐々に大きくなり、内側マグネットリング磁性鋼は筒状をなし、内側ベース磁石と同軸に内側ベース磁石の外に位置し、外側コイルは内側ベース磁石と同軸に内側マグネットリング磁性鋼の外に位置し、内側ベース磁石、第１の端部磁性鋼及び第２の端部磁性鋼に対して固定される。外側コイルを含むため、外側コイル内の電流の方向及び大きさを制御することにより、ワークステージの重力及び可撓性機構の弾性力を克服した磁気浮上式重力補償装置全体の出力力を制御することができ、微動ステージの高い移動性能要求を満たす。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に沿って延在する内側ベース磁石と、
それぞれ前記内側ベース磁石の２つの軸方向端部に位置し且つ軸方向に沿って延在する第１の端部磁性鋼及び第２の端部磁性鋼であって、前記内側ベース磁石の前記２つの軸方向端部から離れる方向に沿って徐々に大きくなる外径をそれぞれ有する第１の端部磁性鋼及び第２の端部磁性鋼と、
筒状をなし、且つ前記内側ベース磁石と同軸に前記内側ベース磁石の外に位置し且つ前記内側ベース磁石と径方向に離間する内側マグネットリング磁性鋼と、
前記内側ベース磁石と同軸に前記内側マグネットリング磁性鋼の外に位置する外側コイルであって、前記内側マグネットリング磁性鋼と径方向に離間し、前記内側ベース磁石、前記第１の端部磁性鋼及び前記第２の端部磁性鋼に対して固定される外側コイルと、を含むことを特徴とする、磁気浮上式重力補償装置。

【請求項2】

前記内側ベース磁石の着磁方向は軸方向であり、前記第１の端部磁性鋼及び前記第２の端部磁性鋼の着磁方向は前記内側ベース磁石から軸方向に沿って外向きであり、前記内側マグネットリング磁性鋼の着磁方向は前記内側マグネットリング磁性鋼のリング内からリング外へ向かう方向である、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。

【請求項3】

前記内側ベース磁石の着磁方向は軸方向であり、前記第１の端部磁性鋼及び前記第２の端部磁性鋼の着磁方向は軸方向に沿って外から前記内側ベース磁石に向かう方向であり、前記内側マグネットリング磁性鋼の着磁方向は前記内側マグネットリング磁性鋼のリング外からリング内へ向かう方向である、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。

【請求項4】

前記内側マグネットリング磁性鋼と同軸に前記外側コイルの外に位置する外側マグネットリング磁性鋼であって、前記外側コイルと径方向に離間し、前記内側マグネットリング磁性鋼に対して固定される外側マグネットリング磁性鋼をさらに含み、
前記外側マグネットリング磁性鋼の着磁方向は前記内側マグネットリング磁性鋼の着磁方向と同じであることを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気浮上式重力補償装置。

【請求項5】

前記外側マグネットリング磁性鋼は周方向に沿って互いに隣接する複数の円弧板で構成され、
各前記円弧板の着磁方向は、径方向であるか、又は、前記円弧板の周方向中央の径方向に平行する方向である、ことを特徴とする請求項４に記載の磁気浮上式重力補償装置。

【請求項6】

前記内側マグネットリング磁性鋼と同軸に前記外側コイルの外に位置し、前記外側コイルと径方向に離間する外側ガイドマグネットリングをさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。

【請求項7】

前記内側ベース磁石は、永久磁石又は内側コイル又は前記永久磁石と前記内側コイルの組み合わせであり、
前記内側コイルは、前記第１の端部磁性鋼及び前記第２の端部磁性鋼の軸線の周りに周方向に巻き付かれる、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。

【請求項8】

前記内側マグネットリング磁性鋼は、周方向に沿って互いに隣接する複数のアーク板で構成され、
各前記アーク板の着磁方向は、径方向であるか、又は、前記アーク板の周方向中央の径方向に平行する方向である、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。

【請求項9】

ステージ装置と、
前記ステージ装置が微動ベースに対して垂直方向にスライド可能に前記微動ベースに接続される微動ベースと、
弾性シートを含む可撓性機構であって、前記弾性シートは水平径方向に延在し、且つ前記弾性シートの径方向内側端部は前記ステージ装置に接続され、前記弾性シートの径方向外側端部は前記微動ベースに接続される可撓性機構と、
請求項１～８のいずれか一項に記載の磁気浮上式重力補償装置であって、前記内側ベース磁石、前記第１の端部磁性鋼、前記第２の端部磁性鋼及び前記外側コイルは固定子及び可動子のうちの一方に組み込まれ、前記内側マグネットリング磁性鋼は前記固定子及び前記可動子のうちの他方であり、前記磁気浮上式重力補償装置はステージ装置の下方に位置し、前記固定子は前記微動ベースに固定され、前記可動子は前記ステージ装置に固定される磁気浮上式重力補償装置と、を含む、ことを特徴とする微動ステージ。

【請求項10】

前記磁気浮上式重力補償装置は複数であり、複数の前記磁気浮上式重力補償装置の等価重心の位置する垂線は、前記ステージ装置の重心の位置する垂線と同一線である、ことを特徴とする請求項９に記載の微動ステージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、２０２１年０７月１６日に中国知識財産局に提出された、出願番号が２０２１１０８０４３５６．０で、出願の名称が「磁気浮上式重力補償装置及び微動ステージ」である特許出願の優先権を主張する。
本願は集積回路装置の製造分野に関し、具体的には、磁気浮上式重力補償装置及び微動ステージに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造や検査分野においては、ワークステージにはシリコンウェハの受け渡しと精密位置決め機能が要求されるが、ワークステージにおけるコアアクチュエータは、シリコンウェハをＺ、Ｒｘ、Ｒｙの３軸に垂直に精密位置決めする微動ステージ（ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ）である。一般的に、垂直３軸微動ステージは３点アクチュエータを採用して配置され、垂直性能を保証するために、可撓性機構（例えば弾性シート等）を微動ステージの移動非干渉及びガイドとして適用することができるが、小ストローク範囲内で、可撓性機構のバネ剛性は一定値であり、その垂直方向アクチュエータに作用する反力は垂直変位に従ってリニア増加又は減少するが、ワークステージストロークの増大につれて、可撓性機構剛性の非リニア性も徐々に増大する。

【0003】

そのため、微動ステージアクチュエータの出力力は垂直ストロークに伴って調整する必要があり、それにより可撓性構造の可変剛性を補償し、通常、微動ステージ垂直方向のアクチュエータは通常ゼロ剛性重力補償装置＋ボイスコイルモータの組み合わせ形態を採用し、ゼロ剛性重力補償装置は微動ステージにおけるステージ装置の重力を補償するために用いられ、ステージ装置はシリコンウェハを載置し、且つシリコンウェハを駆動して移動させるために用いられ、ボイスコイルモータは可撓性機構の弾性力及びステージ装置の垂直方向の移動に必要な押し引き力を提供し、異なる垂直ストローク範囲内に、可撓性機構の剛性にリニア領域及び非リニア領域が存在するため、単にボイスコイルモータの推進力を制御することでは、可撓性機構の弾性力と垂直移動の推進力を完全に補償することが非常に困難であり、且つ高加速度の作業状況で、ボイスコイルモータの出力が大きく、温度上昇が高く、微動ステージの高移動性能要求を満たすことが困難である。

【0004】

従来技術では、一般的に、比例弁によって圧縮ガスの圧力をリアルタイムに調整することにより、剛性一定の重力補償を実現することができる空気浮上式重力補償装置を採用するが、空気浮上式重力補償装置の構造が非常に複雑であり、且つ空気圧の制御にヒステリシス性が存在し、垂直性能の向上に影響を与える。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本願の実施形態の目的は磁気浮上式重力補償装置及び微動ステージを提供することであり、本願における磁気浮上式重力補償装置は構造及び制御がいずれも簡単であり、且つ構造がコンパクトであり、また、ワークステージの高い移動性能要求を満たすことができる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本願の実施形態により提供される磁気浮上式重力補償装置は、
軸方向に沿って延在する内側ベース磁石と、
それぞれ前記内側ベース磁石の２つの軸方向端部に位置し且つ軸方向に沿って延在する第１の端部磁性鋼及び第２の端部磁性鋼であって、前記内側ベース磁石の前記２つの軸方向端部から離れる方向に沿って徐々に大きくなる外径をそれぞれ有する第１の端部磁性鋼及び第２の端部磁性鋼と、
筒状をなし、且つ前記内側ベース磁石と同軸に前記内側ベース磁石の外に位置し且つ前記内側ベース磁石と径方向に離間する内側マグネットリング磁性鋼と、
前記内側ベース磁石と同軸に前記内側マグネットリング磁性鋼の外に位置する外側コイルであって、前記内側マグネットリング磁性鋼と径方向に離間し、前記内側ベース磁石、前記第１の端部磁性鋼及び前記第２の端部磁性鋼に対して固定される外側コイルと、を含む。

【0007】

一実施例では、前記内側ベース磁石の着磁方向は軸方向であり、前記第１の端部磁性鋼及び前記第２の端部磁性鋼の着磁方向は前記内側ベース磁石から軸方向に沿って外向きであり、前記内側マグネットリング磁性鋼の着磁方向は、前記内側マグネットリング磁性鋼のリング内からリング外へ向かう方向である。
一実施例では、前記内側ベース磁石の着磁方向は軸方向であり、前記第１の端部磁性鋼及び前記第２の端部磁性鋼の着磁方向は軸方向に沿って外から前記内側ベース磁石に向かう方向であり、前記内側マグネットリング磁性鋼の着磁方向は、前記内側マグネットリング磁性鋼のリング外からリング内へ向かう方向である。

【0008】

一実施例では、前記磁気浮上式重力補償装置は、前記内側マグネットリング磁性鋼と同軸に前記外側コイルの外に位置する外側マグネットリング磁性鋼であって、前記外側コイルと径方向に離間し、前記内側マグネットリング磁性鋼に対して固定される外側マグネットリング磁性鋼をさらに含み、
前記外側マグネットリング磁性鋼の着磁方向は前記内側マグネットリング磁性鋼の着磁方向と同じである。

【0009】

一実施例では、前記外側マグネットリング磁性鋼は周方向に沿って互いに隣接する複数の円弧板で構成され、
各前記円弧板の着磁方向は径方向であるか、又は、前記円弧板の周方向中央の径方向に平行する方向である。
一実施例では、前記磁気浮上式重力補償装置は、前記内側マグネットリング磁性鋼と同軸に前記外側コイルの外に位置し、前記外側コイルと径方向に離間する外側ガイドマグネットリングをさらに含む。

【0010】

一実施例では、前記内側ベース磁石は、永久磁石又は内側コイル又は前記永久磁石と前記内側コイルの組み合わせであり、前記内側コイルは前記第１の端部磁性鋼及び前記第２の端部磁性鋼の軸線の周りに周方向に巻き付かれる。
一実施例では、前記内側マグネットリング磁性鋼は、周方向に沿って互いに隣接する複数のアーク板で構成され、各前記アーク板の着磁方向は径方向であるか、又は、前記アーク板の周方向中央の径方向に平行する方向である。

【0011】

本発明によりさらに提供される微動ステージは、
ステージ装置と、
前記ステージ装置が微動ベースに対して垂直方向にスライド可能に前記微動ベースに接続される微動ベースと、
弾性シートを含む可撓性機構であって、前記弾性シートは水平径方向に延在し、且つ前記弾性シートの径方向内側端部は前記ステージ装置に接続され、前記弾性シートの径方向外側端部は前記微動ベースに接続される可撓性機構と、
上記磁気浮上式重力補償装置であって、前記内側ベース磁石、前記第１の端部磁性鋼、前記第２の端部磁性鋼及び前記外側コイルは固定子及び可動子のうちの一方に組み込まれ、前記内側マグネットリング磁性鋼は前記固定子及び前記可動子のうちの他方であり、前記磁気浮上式重力補償装置はステージ装置の下方に位置し、前記固定子は前記微動ベースに固定され、前記可動子は前記ステージ装置に固定される磁気浮上式重力補償装置と、を含む。

【0012】

一実施例では、前記磁気浮上式重力補償装置は複数であり、複数の前記磁気浮上式重力補償装置の等価重心の位置する垂線は、前記ステージ装置の重心の位置する垂線と同一線である。

【発明の効果】

【0013】

本願の実施形態は従来技術に対し、本願の磁気浮上式重力補償装置は従来技術の空気圧式剛性一定の重力補償装置の構造が複雑で、制御が複雑で、制御にヒステリシス性が存在する等の問題を解決し、従来の重力補償装置の剛性がゼロ又は非リニアであるという問題を解決する。本願は外側コイル電流がゼロである場合、磁気浮上出力力がリニア領域においてストロークに沿ってリニア特性を呈し、且つゼロ点で出力力がステージ装置の重力を相殺することができ、非リニア領域において、外側コイルにおける電流を変更することによって出力力の調整を実現し、ステージ装置の重力及び可撓性機構の弾性力を補償することを実現する。本願によれば、ステージ装置の重力を補償することができるだけでなく、大きなストローク範囲内で可撓性機構の弾性変形反力をバランスすることもでき、垂直アクチュエータの負荷を低減させ、微動ステージの垂直性能を大幅に向上させる。また、磁気浮上式重力補償装置は外側コイルをさらに含むため、外側コイル内の電流の方向及び大きさを制御することにより、ステージ装置の重力及び可撓性機構の弾性力を克服した磁気浮上式重力補償装置全体の出力力を制御することができ、それによりステージ装置の移動速度等を正確に制御することができ、また、ステージ装置の高い移動性能要求を満たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

本願の一部を構成する明細書の添付の図面は、本願のさらなる理解を提供するために用いられ、本願の例示的な実施例及びそれらの説明は、本願を解釈するために用いられ、本願に対する不当な制限を構成しない。図面は以下の通りである。

【図1】本願の実施例１における磁気浮上式重力補償装置の構造概略図である。

【図2】図１の軸方向に沿った断面図である。

【図3】アーク板における磁束線が径方向に沿って設けられる場合の構造概略図である。

【図4】アーク板における磁束線が平行に設けられる場合の構造概略図である。

【図5a】可撓性機構の出力力グラフである。

【図5b】外側コイル電流がゼロである場合、リニアストローク範囲内における磁気浮上式重力補償装置の出力力のグラフである。

【図5c】本願の実施例１におけるリニアストローク範囲内の磁気浮上式重力補償装置の出力力のグラフである。

【図6】本願の実施例２における磁気浮上式重力補償装置の構造概略図である。

【図7】図６の軸方向に沿った断面図である。

【図8】円弧板における磁束線が径方向に沿って設けられる場合の構造概略図である。

【図9】円弧板における磁束線が平行に設けられる場合の構造概略図である。

【図10】本願の実施例２における外側コイル非通電時の磁束線図である。

【図11】本願の実施例３における磁気浮上式重力補償装置の構造概略図である。

【図12】本願の実施例４における磁気浮上式重力補償装置の構造概略図である。

【図13】図１２の軸方向に沿った断面図である。

【図14a】本願の実施例４における内側コイルと外側コイルのいずれにも通電していない場合の磁束線図である。

【図14b】本願の実施例４における内側コイルに通電し、外側コイルに通電していない場合の磁束線図である。

【図15a】本願における微動ステージの構造概略図である。

【図15b】本願における可撓性機構の構造概略図である。

【図16】本願における磁気浮上式重力補償装置の数が異なる場合の微動ステージの構造概略図である。 ここで、上記図面は以下の符号を含む。 １…内側ベース磁石、１１…内側リング、１２…内側コイル、２…第１の端部磁性鋼、３…第２の端部磁性鋼、４…内側マグネットリング磁性鋼、４１…アーク板、５…外側コイル、６…ステージ、７…可撓性機構、７１…弾性シート、８…外側マグネットリング磁性鋼、８１…円弧板、１０…外側ガイドマグネットリング、１００…磁気浮上式重力補償装置、１０１…第１のフレーム、１０２…第２のフレーム、１０３…回転ベース、１０４…微動ベース。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本願の実施例の目的、技術案及び利点をより明確にするために、図面を参照して本願の各実施形態について詳細に説明する。しかしながら、当業者であれば理解できるように、本願の各実施形態において、読者が本願をよりよく理解するために多くの技術的詳細を提供する。ただし、これらの技術的詳細及び以下の各実施形態による様々な変更及び修正がなくても、本願の特許請求の範囲に記載された技術案を実現することができる。

【0016】

以下の説明では、様々な開示された実施例に対する完全な理解を提供するために、様々な開示された実施例を説明する目的で、特定の詳細が記載される。しかしながら、当業者は、実施形態がこれらの具体的な詳細のうちの１つ以上なしに実施され得ることを認識するであろう。その他の状況において、本願に関連する周知の装置、構造及び技術は、実施例の説明を不必要に混同することを回避するために、詳細に示されていないか、又は説明されていないこともあり得る。

【0017】

他の必要がないかぎり、明細書全体及び特許請求の範囲において、用語「含む」及びその変形、例えば「含有する」及び「有する」は開放的に含むことと理解すべきであり、即ち「含むが、限定されるものではない」と解釈すべきである。
以下は図面を参照して本願の各実施例を詳細に説明し、本願の目的、特徴及び利点をより明確に理解するためである。理解すべきものとして、図面に示した実施例は本願の範囲を限定するものではなく、本願の技術案の実質的な精神を説明するためである。

【0018】

明細書全体において、「１つの実施例」又は「一実施例」への言及は、実施例で説明される特定の特性、構造又は特徴が、少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。従って、明細書全体の各位置における「１つの実施例」又は「一実施例」の出現は全て同じ実施例を指す必要はない。また、特定の特性、構造又は特徴は１つ又は複数の実施例においていかなる方式で組み合わせることができる。

【0019】

当該明細書及び特許請求の範囲において使用される単数形「一」及び「前記」は、特に明示しない限り、複数の指示物を含むものとする。なお、特に明記しない限り、「あるいは」という用語は、一般的に、「及び／又は」を含む意味で用いられる。
以下の説明では、本願の構造及び動作方式を明確に示すために、多くの方向性言語を用いて説明するが、「前」、「後」、「左」、「右」、「外」、「内」、「外向き」、「内向き」、「上」、「下」等の言語を便宜的な用語として理解すべきであり、限定的な用語として理解すべきではない。そして、下記各図において座標軸がＺ（第１の方向Ｚ）に沿った方向は磁気浮上式重力補償装置の軸線方向、即ち垂直方向であり、これらの方向性語彙はいずれも便宜的な用語であり、限定的な語彙と理解すべきではない。ここで、「Ｘ向」、「Ｘ方向」及び「Ｙ向」、「Ｙ方向」は水平方向に交差する方向を意味し、「Ｚ向」及び「Ｚ方向」は垂直方向を意味する。
なお、以下の各図において矢印「→」方向は磁化方向を示し、「×」はコイル断面を示す。

【0020】

以下、図面を参照して本願の実施例１の磁気浮上式重力補償装置について説明する。図１及び図２に示すように、磁気浮上式重力補償装置１００は、内側ベース磁石１、第１の端部磁性鋼２、第２の端部磁性鋼３、内側マグネットリング磁性鋼４及び外側コイル５を含む。ここで、内側ベース磁石１は円筒状をなし且つ軸方向に沿って延在し、内側ベース磁石１は永久磁石である。第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３はそれぞれ内側ベース磁石１の２つの軸方向端部に位置し且つ軸方向に沿って延在し、第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３の外径はそれぞれ内側ベース磁石１の２つの軸方向端部から離れる方向に沿って徐々に大きくなる。内側マグネットリング磁性鋼４は円筒状をなし、内側マグネットリング磁性鋼４は内側ベース磁石１と同軸に内側ベース磁石１の外に位置し、且つ内側ベース磁石１と径方向に離間する。外側コイル５は内側ベース磁石１と同軸であり且つ内側マグネットリング磁性鋼４の外に位置し、外側コイル５は内側マグネットリング磁性鋼４と径方向に離間する。外側コイル５は通常、電力増幅器を備えるため、外側コイル５内の電流を調整することにより、外側コイル５が発生する磁界を調整することができる。外側コイル５は内側ベース磁石１、第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３に対して固定され、即ち、外側コイル５と第１の端部磁性鋼２又は第２の端部磁性鋼３との間はブラケット又は他の構造によって固定接続される。内側ベース磁石１、第１の端部磁性鋼２、第２の端部磁性鋼３及び外側コイル５は共に第１のフレーム１０１を構成し、当該第１のフレーム１０１と内側マグネットリング磁性鋼４との間は互いに磁気作用し、それにより互いに軸方向に移動することができる。第１のフレーム１０１を可動子に、内側マグネットリング磁性鋼４を固定子にしてもよく、内側マグネットリング磁性鋼４を可動子に、第１のフレーム１０１を固定子にしてもよい。第１のフレーム１０１が可動子である場合、第１のフレーム１０１に担持されてステージ装置を駆動して移動させ、内側マグネットリング磁性鋼４が可動子である場合、内側マグネットリング磁性鋼４に担持されてステージ装置を駆動して移動させる。以下、第１のフレーム１０１を可動子とする場合を例として、本願の磁気浮上式重力補償装置１００について説明し、下述の磁気浮上式重力補償装置１００のストローク又は変位は即ち第１のフレーム１０１の内側マグネットリング磁性鋼４に対する第１の方向（Ｚ）に沿った変位である。

【0021】

本願における磁気浮上式重力補償装置１００は微動ステージ内に応用されることができる。一般的に言えば、微動ステージは、ステージ装置、可撓性機構７、微動ベース１０４及び上記実施例における磁気浮上式重力補償装置１００を含み、ステージ装置は微動ベース１０４に対して垂直方向にスライド可能に微動ベース１０４に接続され、図１５ａ及び図１５ｂに示すように、可撓性機構７の一端はステージ装置に接続され、他端は微動ベース１０４に接続され、磁気浮上式重力補償装置１００はステージ装置の下方に位置し且つステージ装置の重力を力補償できるように構成される。

【0022】

具体的には、図１５ａ及び図１５ｂに示すように、ステージ装置は、ステージ６と、ステージ６の下方に設けられた回転ベース１０３と、を含む。ここで、ステージ６はシリコンウェハを吸着するために用いられ、真空吸着や静電吸着等を用いてもよい。可撓性機構７は複数の弾性シート７１を含み、弾性シート７１は微動ベース１０４と回転ベース１０３との間に径方向に水平に延在し、且つ両端において微動ベース１０４と回転ベース１０３にそれぞれ固定接続される。具体的には、可撓性機構７の径方向内側端部は回転ベース１０３に接続され、径方向外側端部は微動ベース１０４に接続される。

【0023】

図１及び図２に示すように、第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３は軸方向の貫通孔を有する円錐台形状をなすが、理解できるように、第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３は本願の範囲から逸脱せずに中実構造にしてもよい。第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３の外径のサイズはいずれも内側ベース磁石１の２つの軸方向端部に近い側から下方及び上方に向かって徐々に大きくなっている。第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３にそれぞれ軸方向の貫通孔が設けられ、その軸方向の貫通孔は内側ベース磁石１の軸方向の貫通孔と同軸であり且つ同じ直径を有して互いに連通されている。第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３は、互いに同一の形状及びサイズを有しており、内側ベース磁石１の中央半径面に対して鏡像対称である。内側マグネットリング磁性鋼４は円筒状をなし、内側ベース磁石１と同軸に内側ベース磁石１の外に位置し、且つ内側ベース磁石１と径方向に離間する。示される実施例では第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３は内側ベース磁石１に隣接しているが、これらの間には、通常１ｍｍ以下のある程度のエアギャップが設けられてもよい。

【0024】

本実施例における磁気浮上式重力補償装置１００は、下述の垂直補償と垂直駆動の両方の機能を有している。
図２及び図１５ａに示すように、第１のフレーム１０１と内側マグネットリング磁性鋼４との間に機械的接続がなく、リニアストローク範囲内で、可撓性機構７の剛性が一定であり、且つ第１のフレーム１０１と内側マグネットリング磁性鋼４との間の相互作用は剛性が変化しない垂直方向付勢力を発生することができる。ここで、内側マグネットリング磁性鋼４と内側ベース磁石１とがお互いの軸方向に対して中央に位置すれば、装置ゼロ点となり、装置がゼロ点に位置する時にステージ装置の重力を補償する必要があるため、その外部出力磁気浮上力はステージ装置の重力に等しい必要がある。この時、可撓性機構７の弾性力はゼロであり、外側コイル５に通電せず、磁気浮上式重力補償装置１００の出力磁気浮上力の方向は垂直で上向きである。ステージ装置とベースとの間に設けられた可撓性機構７の弾性力はリニアストローク範囲内でステージ装置の垂直移動に伴ってリニアに変化するため、磁気浮上式重力補償装置１００の出力磁気浮上力もステージ装置の垂直移動に伴ってリニアに変化し、且つ両者の変化勾配が等しい場合にのみ、磁気浮上式重力補償装置１００はステージ装置の重力及び可撓性機構７の弾性力に対する補償作用を完全に実現することができる。これに基づき、装置における第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３の外径サイズは内側ベース磁石１の両端に近い側からそれぞれ下向き及び上向きに徐々に増大し、ステージ装置がリニアストローク範囲内にあれば、磁気浮上式重力補償装置１００の出力磁気浮上力は可撓性機構７の出力弾性力とステージ装置の重力との和に等しい。

【0025】

図５ｂに磁気浮上式重力補償装置１００の外側コイル５における電流がゼロでありリニアストローク範囲内の出力力シミュレーション曲線を示す。図中横軸は磁気浮上式重力補償装置１００のストロークを示し、縦軸は出力力を示す。図中に２つの逆方向変位端点とゼロ点及びその対応する出力力が表記されている。図においてｘ、－ｘは単方向の限界変位であり、Ｇは単一の磁気浮上式重力補償装置１００が補償すべきステージ装置の重力であり、Ｇ＋Ｆ、－Ｆ＋Ｇは単一の磁気浮上式重力補償装置１００のリニアストローク範囲端点における出力力である。磁気浮上式重力補償装置１００の設計剛性をｋにすると、順方向ストローク端点ｘにおける磁気浮上式重力補償装置１００の出力力振幅はＧ＋Ｆ＝Ｇ＋ｋｘであり、これにより磁気浮上式重力補償装置１００の出力力範囲は「－Ｆ＋Ｇ、Ｆ＋Ｇ」であることが分かる。図から分かるように、当該磁気浮上式重力補償装置１００の出力力はストロークに伴ってリニアに変化し、それによりステージ装置の重力及び可撓性機構７が発生するリニア変化の弾性力を補償することができる。

【0026】

以上説明したように、リニアストローク範囲内において、外側コイル５における電流がゼロである場合、磁気浮上式重力補償装置１００は垂直補償作用を有し、ステージ装置の重力及び可撓性機構７の弾性力を補償することができ、且つ磁気浮上式重力補償装置１００は剛性一定の特性を有する。

【0027】

本磁気浮上式重力補償装置１００は、リニアストローク範囲内の場合よりも、大きなストローク範囲での適用が可能である。それとリニアストローク範囲との違いは、リニアストローク範囲内で可撓性機構７の剛性が一定であるが、大きなストローク範囲がリニアストローク範囲とリニアストローク範囲を超える非リニアストローク範囲を含み、非リニアストローク範囲内で可撓性機構７の剛性が一定ではないことである。また、図５ａに示すように、図中横軸は磁気浮上式重力補償装置１００の第１の方向（Ｚ）に沿った変位であり、縦軸は可撓性機構７の第１の方向（Ｚ）に沿った出力力である。図から分かるように、第１の方向に変位するストローク範囲内のリニア領域Ａ（即ち、リニアストローク範囲）において、可撓性機構７の出力剛性は一定であり、その弾性力と変位はリニアに変化するが、磁気浮上式重力補償装置１００が当該領域外で移動する時、即ちストローク範囲内の非リニア領域Ｂにおいて、この時に可撓性機構７の出力剛性は変位に従って変化し、その弾性力と変位も非リニアに変化するが、第１の端部磁性鋼２と第２の端部磁性鋼３によって補償される力は常にリニアに変化し、非リニア領域で移動する時に、第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３は依然としてリニア補償しかできず、可撓性機構７の一部の弾性力が補償されないことを引き起こし、この時、外側コイル５内の電流方向及び振幅を制御することによって対応する方向及び大きさのローレンツ力を発生させ、第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３に補償されない当該部分の弾性力を補償することができる。従って、本磁気浮上式重力補償装置１００は、非リニア領域Ｂにおいても垂直補償作用を有する。

【0028】

上記リニアストローク範囲及び非リニアストローク範囲を組み合わせると、磁気浮上式重力補償装置１００の出力力はステージ装置の重力及び可撓性機構７の弾性力を補償するために用いられ、磁気浮上式重力補償装置１００の第１のフレーム１０１が内側マグネットリング磁性鋼４に対して第１の方向（Ｚ）に沿ってリニア領域Ａのストローク範囲内で変位する場合、可撓性機構７の出力弾性力はリニアに変化し、外側コイル５内の電流がゼロである場合、第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３の外径サイズはいずれもそれぞれ内側ベース磁石１の両軸方向端部に近い側から下向き及び上向きに徐々に増大するため、第１の端部磁性鋼２と第２の端部磁性鋼３の外径サイズの変化勾配は可撓性機構７の出力弾性力の変化勾配と一致し、リニア領域Ａ内において、磁気浮上式重力補償装置１００の出力磁気浮上力は可撓性機構７の出力弾性力とステージ装置の重力との和に等しい。

【0029】

非リニア領域では、可撓性機構７の出力力は非リニア変化を呈するが、外側コイル５内の電流がゼロである場合、磁気浮上式重力補償装置１００の出力磁気浮上力は依然としてリニア変化を呈するため、磁気浮上式重力補償装置１００の出力磁気浮上力は可撓性機構７の出力弾性力振幅とステージ装置の重力との和に等しくならず、この場合外側コイル５内に電流を流すことができ、外側コイル５内に発生する軸方向磁界によって磁気浮上式重力補償装置１００の出力力を調整し、第１のフレーム１０１が内側マグネットリング磁性鋼４に対して非リニア領域にあるストローク範囲内で変位する場合、磁気浮上式重力補償装置１００の出力磁気浮上力は可撓性機構７の出力弾性力とステージ装置の重力との和に依然として等しい。

【0030】

従って、具体的には、本願の磁気浮上式重力補償装置１００は、リニアストローク範囲内の剛性一定の重力補償装置であり、リニアストローク範囲及び非リニアストローク範囲を含む大きなストローク範囲内で出力力調整可能な高集積度装置である。即ち、微動ステージ垂直移動モジュールのリニアストローク範囲内において、外側コイル５の電流がゼロである場合、磁気浮上式重力補償装置１００の出力力はステージ装置の重力及び可撓性機構７のリニア領域内における弾性力を補償することができる。大きなストローク範囲内において、外側コイル５の電流の大きさ及び方向を調整することにより、第１のフレーム１０１と内側マグネットリング磁性鋼４との間の相互作用力を調整することができ、磁気浮上式重力補償装置１００の出力力を調整することができ、可撓性機構７の非リニア領域における補償力を提供することができる。

【0031】

リニアストローク範囲内において、本実施例の磁気浮上式重力補償装置１００の垂直補償作用はさらに他の特徴を有し、図５ｃに示すように、図において横軸は磁気浮上式重力補償装置１００における第１のフレーム１０１の第１の方向（Ｚ）に沿った変位であり、縦軸は磁気浮上式重力補償装置１００の第１の方向（Ｚ）に沿った出力力である。図中５本の曲線はそれぞれ外側コイル５の異なる入力電流の作業状況での磁気浮上式重力補償装置１００の出力力曲線に対応する。

【0032】

なお、図５ｃにおいて外側コイル５における電流は一定であるが、実際の状況において、磁気浮上式重力補償装置１００が大きなストローク範囲にある時、可撓性機構７の弾性力を補償するために、必要に応じて電流の大きさを段階的に調整する必要がある。
図５ｃ及び図１６から分かるように、外側コイル５のプリセット入力電流はそれぞれ－２Ａ、－１Ａ、０Ａ、１Ａ及び２Ａであり、これらがゼロ点において磁気浮上式重力補償装置１００に対応する出力力はそれぞれｍ５、ｍ４、ｍ１、ｍ２及びｍ３であり、入力電流が０Ａである場合、その出力力は第１の方向に沿った作用力ｍ１であり、出力力と微動ステージにおける磁気浮上式重力補償装置１００の数との積がステージ装置の重力となる。

【0033】

内側マグネットリング磁性鋼４と内側ベース磁石１とがお互いの軸方向に対して中央に位置すれば、装置ゼロ点となり、外側コイル５の電流がゼロである時、磁気浮上式重力補償装置１００の出力力はステージ装置の重力と大きさが等しく方向が逆であり、ゼロ点に位置する時に磁気浮上式重力補償装置１００はステージ装置の重力を完全に補償することができず又は補償力がステージ装置の重力を超えると、外側コイル５における電流の大きさを変更することにより磁気浮上式重力補償装置１００の出力力を調整することができ、当該出力力をステージ装置の重力に合わせることができる。また、図における各出力曲線のリニア性はいずれも良好であり（即ちいずれも剛性一定を示す）、第１の端部磁性鋼２と第２の端部磁性鋼３のテーパを利用して磁界のリニア化を実現し、第１のフレーム１０１による磁界と内側マグネットリング磁性鋼４による磁界の相互作用を応用してゼロ点におけるステージ装置の重力補償手段を実現する。

【0034】

従って、本願はステージ装置の重力を補償するだけでなく、ステージ装置の重力に基づいて調整することもでき、作業者は外側コイル５における電流を簡単に変更するだけで装置全体にゼロ点でバランスを維持させることができ、生産効率及び微動ステージの安定性を大幅に向上させ、また、上記方式を採用すると、さらに磁気浮上式重力補償装置１００の構造をコンパクトにし、設計スペースを節約し、集積度が非常に高い。

【0035】

なお、上記図５ｃに示す図は外側コイル５における電流が一定値である時の図であるが、実際の状況において、可撓性機構７が非リニア領域にある時、外側コイル５における電流は可撓性機構７の弾性力変化に基づいて変化する必要があり、それにより磁気浮上式重力補償装置１００の出力力はステージ装置の重力と可撓性機構７の弾性力を完全に補償することができる。

【0036】

本実施例における磁気浮上式重力補償装置１００は上記垂直補償作用に加え、さらに垂直駆動作用を有する。図５ｃから分かるように、外側コイル５に異なる電流を入力する場合、磁気浮上式重力補償装置１００は異なる出力力を有する。同様に、外側コイル５の電流方向及び振幅を制御すればステージ装置の移動方向及び加速度を制御することができ、垂直駆動作用を果たす。

【0037】

リニアストローク範囲内において、磁気浮上式重力補償装置１００は剛性一定の特性を有し、磁気浮上式重力補償装置１００は常にステージ装置の重力及び可撓性機構７の弾性力を補償することができる。初期のゼロ点位置にある時、外側コイル５に定電流が流れているか否かに関わらず、外側コイル５における電流方向及び振幅を簡単に変更するだけでステージ装置の移動に必要な加速度力を提供することができ、ステージ装置を急速に反応させ、例えば急速に加速又は減速し、垂直補償及び垂直駆動の役割を同時に果たす。そして、このような制御によりコイル部分の電流を小さくするため、温度上昇が低く、ステージ装置が高動的応答の応用要求を満たすことができる。

【0038】

大きなストローク範囲において、外側コイル５は電流方向及び振幅を絶えず変更して一部の可撓性機構７の非リニア弾性力を補償する必要があり、その上でさらに計算により外側コイル５における電流方向及び振幅を変更して依然としてステージ装置の移動に必要な加速度力を提供することができる。
以上説明したように、磁気浮上式重力補償装置１００は垂直補償作用を有するだけでなく、垂直駆動作用も有する。そのため、微動ステージに適用すると、垂直駆動装置を別途に設置する必要がなく、微動ステージの設計スペースを節約し、微動ステージの構造をよりコンパクトにし、集積度が非常に高い。本願において、外側コイル５はステージ装置の移動に必要な軸方向加速度の力及び可撓性機構７の非リニア領域における補償力を提供すればよいので、そのコイル部分の電流が小さく、温度上昇が低く、そのためステージ装置は、例えば急速加速又は減速のような高動的応答の応用要求を満たすことができる。そして、本願における磁気浮上式重力補償装置１００は構造がコンパクトであるため、ステージ装置の設計空間を節約することができ、集積度が非常に高い。

【0039】

また、なお、外側コイル５が設けられるため、図５ａに示すように、磁気浮上重力が大きなストローク範囲内でもステージ装置の重力及び可撓性機構７の弾性力を補償する作用を実現することができる。また外側コイル５が追加されるため、内側マグネットリング磁性鋼４と内側ベース磁石１とがお互いの軸方向に対して中央に位置すれば、装置ゼロ点となり、外側コイル５における電流の大きさを調整することによりステージ装置の重量を補助的に補償することができる。

【0040】

また、図２～図４に示すように、具体的には、本実施例では、第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３の着磁方向は内側ベース磁石１から軸方向に沿って外向きであり、内側ベース磁石１の着磁方向は第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３のいずれかと同じであってもよく、本実施例では、内側ベース磁石１の着磁方向は第１の端部磁性鋼２と同じであり、内側マグネットリング磁性鋼４の着磁方向は径方向に沿って外向きである。外側コイル５による磁界は必要に応じて任意に調整することができる。当然のことながら、いくつかの実施例では、第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３の着磁方向は軸方向に沿って外から内側ベース磁石１に向かう方向であってもよく、即ち上記内側ベース磁石１から軸方向に沿って外向きの方向と逆であり、内側マグネットリング磁性鋼４の着磁方向もそれに応じて径方向内向きに設けられてもよい。

【0041】

いくつかの実施例では、図１、図３及び図４に示すように、内側マグネットリング磁性鋼４は周方向に沿って隣接する複数のアーク板４１で構成され、且つ図３に示すように各アーク板４１の着磁方向は内側マグネットリング磁性鋼４の径方向に沿って設けられ、即ちアーク板４１内の異なる周方向位置における着磁方向はいずれも径方向に沿っているか、又は図４に示すようにアーク板４１の着磁方向はアーク板４１の周方向中央の径方向に平行し、即ちアーク板４１の各磁束線はいずれも平行に設けられ且つアーク板４１の周方向の対称平面に平行する。アーク板４１内の各磁束線はいずれも平行である場合、各アーク板４１を着磁しやすい。アーク板４１を平行磁場に入れるだけで、着磁を完了することができる。

【0042】

図１に示すように、内側マグネットリング磁性鋼４は８枚のブロック化磁性鋼で接合されてなる。ここで、８枚のブロック化磁性鋼は円筒によって４５°の等角間隔で径方向に沿って８等分されたアーク板４１である。ただし、内側マグネットリング磁性鋼４は他の数のブロック化磁性鋼で接合されてもよく、内側マグネットリング磁性鋼４が発生する径方向不平衡力を解消するために、そのブロック数Ｎは偶数に設定され、例えば２ブロック、４ブロック、６ブロック等である。内側マグネットリング磁性鋼４は、磁性鋼の着磁と加工を容易にするようにブロック化磁性鋼で接合されてなる。なお、当然のことながら、いくつかの実施例では、内側マグネットリング磁性鋼４は一体型磁性リングであってもよい。

【0043】

本願の実施例２は磁気浮上式重力補償装置１００を提供し、本実施例は実施例１と基本的に同じであり、相違点は、図６及び７に示すように、本実施例における磁気浮上式重力補償装置１００は外側マグネットリング磁性鋼８をさらに含んでもよく、当該外側マグネットリング磁性鋼８は内側マグネットリング磁性鋼４と同軸に設けられ、外側コイル５の外に位置し、また、外側コイル５と径方向に沿って離間することにある。外側マグネットリング磁性鋼８の着磁方向は内側マグネットリング磁性鋼４の着磁方向と同じであり、即ち、外側マグネットリング磁性鋼８の着磁方向は径方向外向き又は径方向内向きであってもよい。

【0044】

また、外側マグネットリング磁性鋼８と内側マグネットリング磁性鋼４は相対的に固定され、外側マグネットリング磁性鋼８と内側マグネットリング磁性鋼４はブラケット又は連結ロッド等の装置によって一体に固定されてもよく、即ち外側マグネットリング磁性鋼８と内側マグネットリング磁性鋼４は共に第２のフレーム１０２を構成し、当該第２のフレーム１０２は固定子又は可動子であってもよく、当該第２のフレーム１０２と上記第１のフレーム１０１との間に相互磁気作用力を発生させて相互移動でき、第１のフレーム１０１及び第２のフレーム１０２のいずれか一方は可動子であり、他方は固定子である。

【0045】

本願における磁気浮上式重力補償装置１００において、第１のフレーム１０１と第２のフレーム１０２との間に機械的接続がなく、ストローク範囲内において、第１のフレーム１０１における内側ベース磁石１、第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３と、第２のフレーム１０２における内側マグネットリング磁性鋼４及び外側マグネットリング磁性鋼８による磁界との間に相互作用して垂直に上向きで、大きさが一定の磁気浮上作用力を発生することができ、当該磁気浮上作用力はステージ装置の垂直方向移動機構のゼロ点における重力に等しく方向が逆であり、第１のフレーム１０１における第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３の外側テーパは第１のフレーム１０１の出力磁力をリニア化させ、内側ベース磁石１、第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３と、第２のフレーム１０２における内側マグネットリング磁性鋼４及び外側マグネットリング磁性鋼８による磁界との間の相互作用は垂直に上向きで、剛性が一定の磁気浮上作用力を発生することができ、２つの作用力を重ね合わせると出力剛性一定の垂直磁気浮上力を実現することができる。

【0046】

外側コイル５は通常、電力増幅器を備え、外側コイル５の電流入力を調整し、磁界が移動電荷に対してローレンツ力を発生させるというローレンツ力の法則により、外側コイル５は径方向に沿って内側マグネットリング磁性鋼４と外側マグネットリング磁性鋼８との間に配置され、前記第１のフレーム１０１における外側コイル５の入力電流の方向及び振幅を調整することにより、外側コイル５と第２のフレーム１０２の磁界相互作用に異なるローレンツ力を発生させ、当該ローレンツ力は第１のフレーム１０１と第２のフレーム１０２を予め設定された軌跡に従って相対的に変位させることができ、この時外側コイル５はステージ装置の重力を克服する必要がなく、移動に必要な加速度の力及び可撓性機構７の弾性力が非リニア領域においてリニア部分の干渉動力を超える補償力を提供すればよいため、磁気浮上式重力補償装置１００の電流が小さく、温度上昇が低く、ステージ装置は高動的応答の応用要求を満たすことができる。

【0047】

また、図６、図８及び図９に示すように、外側マグネットリング磁性鋼８は周方向に互いに隣接する複数の円弧板８１で構成されてもよく、又は、いくつかの実施例では、外側マグネットリング磁性鋼８は１つの完全なマグネットリングであってもよく、図８に示すように各円弧板８１の着磁方向は外側マグネットリング磁性鋼８の径方向に沿って設けられるか、又は図９に示すように円弧板８１の着磁方向は円弧板８１の周方向中央の径方向に平行する。即ち円弧板８１の各磁束線は外側マグネットリング磁性鋼８の径方向に沿って設けられてもよく、又は円弧板８１の各磁束線はいずれも平行に設けられ且つアーク板４１の周方向対称面に平行する。各磁束線がいずれも平行である場合、各円弧板８１を着磁しやすい。円弧板８１を平行磁場に入れるだけで、着磁を完了することができる。

【0048】

図６に示すように、外側マグネットリング磁性鋼８は８枚のブロック化磁性鋼で接合されてなる。ここで、８枚のブロック化磁性鋼は円筒が４５°の等角間隔で径方向に沿って８等分された円弧板８１磁性鋼である。ただし、外側マグネットリング磁性鋼８は他の数のブロック化磁性鋼で接合されてなってもよく、外側マグネットリング磁性鋼８が生成した径方向不平衡力を解消するために、そのブロック化数Ｎは偶数に設定され、例えば２ブロック、４ブロック、６ブロック等である。外側マグネットリング磁性鋼８は、磁性鋼の着磁と加工を容易にするようにブロック化磁性鋼で接合されてなる。

【0049】

本実施例の磁束線は図１０に示すように、図において図６の軸方向断面概略図の一部を示し、図において磁束線の走行方向は設計された磁気回路とほぼ一致する。
本願の実施例３は磁気浮上式重力補償装置１００を提供し、実施例３は実施例１とほぼ同じであり、その主な相違点は、図１１に示すように、本実施例における磁気浮上式重力補償装置１００は、内側マグネットリング磁性鋼４と同軸に外側コイル５の外に位置し、外側コイル５と径方向に離間する外側ガイドマグネットリング１０をさらに含むことにある。当該外側ガイドマグネットリング１０は、例えば鉄や高透磁（Ｆｅ Ｓｉ Ｂ）９８（Ｃｕ Ｎｂ）２アモルファス合金等の透磁材料で構成される。外側ガイドマグネットリング１０によって磁気浮上式重力補償装置１００全体による磁界を補強することができる。

【0050】

また、外側ガイドマグネットリング１０は、周方向に互いに隣接する複数のアーク板からなるが、当然ながら、一体型の円環であってもよい。
本願の実施例４は磁気浮上式重力補償装置１００を提供し、実施例４は実施例２と基本的に同じであり、その主な相違点は、実施例２において、内側ベース磁石１は永久磁石であるが、図１２及び図１３に示すように、本実施例では、内側ベース磁石１は内側コイル１２であることにある。もちろん、内側コイル１２を固定するために、内側コイル１２は内側リング１１の軸線に沿って内側リング１１に巻き付けられてもよく、当該内側リング１１は一般的な材質であってもよく、透磁体又は永久磁石であってもよい。第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３は、内側リング１１の軸方向の両端に設けられる。当該内側リング１１が永久磁石で形成される場合、永久磁石及び内側コイル１２は共に内側ベース磁石１を構成し、第１の端部磁性鋼２及び第２の端部磁性鋼３と共に第１のフレーム１０１を形成し、第２のフレーム１０２と相互作用して磁気浮上力を発生させる。なお、内側コイル１２は他の方式で固定されてもよく、それが第１の端部磁性鋼２と第２の端部磁性鋼３との間に位置し且つそのうちの導線が軸線の周りに周方向に巻き付けられればよく、内側コイル１２における電流方向は必要に応じて調整されてもよく、図１３に示すように、内側コイル１２に通電すると、内側コイル１２の磁力方向は軸線に沿って上向きであり、いくつかの実施例では、内側コイル１２の電流方向が逆である場合、内側コイル１２の磁力方向は軸線に沿って下向きである。

【0051】

内側コイル１２には通常、内側コイル１２の入力を調整する電力増幅器が配置され、右手の法則により、前記第１のフレーム１０１における内側コイル１２の入力電流の方向及び振幅を調整することにより、異なる重量のステージ装置の重力に合わせ、それにより磁気浮上式重力補償装置１００の適用範囲を向上させる。
外側コイル５の電流がゼロである場合、磁気浮上式重力補償装置１００が発生する磁気作用力がステージ装置の重力及び可撓性機構７の弾性力を補償すると、外側コイル５の電流の方向及び振幅を調整することにより、磁気浮上式重力補償装置１００を予め設定された軌跡に沿って高加速度で移動させ、ステージ装置の第１の方向（Ｚ）に沿った移動性能を向上させる。

【0052】

本実施例は構造に対応する磁束線は図１４ａ及び図１４ｂに示すように、図に図１３の軸方向断面概略図の一部を示し、図１４ａは内側コイル１２に通電して外側コイル５に通電していない場合の磁束線図であり、図１４ｂは内側コイル１２に通電せず外側コイル５にも通電していない場合の磁束線図である。図から分かるように、磁束線は第１の平面（ＸｏＹ）に沿って鏡像対称である。

【0053】

以上、本願の好ましい実施例について詳述したが、必要があれば、各特許、出願及び出版品の態様、特徴及び構想を利用して実施例の態様を修正することで、他の実施例を提供してもよいことは理解できるであろう。
上記の詳細な説明を考慮して実施例に対してこれら及び他の変更を加えることができる。一般的に、特許請求の範囲において、使用される用語は説明書及び特許請求の範囲に開示された具体的な実施例に限定されるものではなく、全ての可能な実施例及びこれらの特許請求の範囲が有し得る全ての同等範囲を含むと理解されるべきである。

【0054】

また、なお、上記各実施例に言及された関連技術の詳細及び達成できる技術的効果は他の実施形態において依然として有効であり、重複を減少するために、いくつかの実施例において説明を省略する。
本願はさらに微動ステージを提供し、図１５ａ～図１６に示すように、微動ステージは、ステージ装置、可撓性機構７、微動ベース１０４及び上記各実施例におけるいずれかの実施例における磁気浮上式重力補償装置１００を含み、ステージ装置は微動ベース１０４に対して垂直方向にスライド可能に微動ベース１０４に接続され、可撓性機構７は複数の弾性シート７１を含み、弾性シート７１は水平径方向に延在し、且つ弾性シート７１の径方向内側端部はステージ装置に接続され、弾性シート７１の径方向外側端部は微動ベース１０４に接続され、磁気浮上式重力補償装置１００はステージ装置の下方に位置し且つステージ装置を力補償できるように構成される。具体的には、内側ベース磁石１、第１の端部磁性鋼２、第２の端部磁性鋼３及び外側コイル５は固定子及び可動子のうちの一方に組み込まれ、内側マグネットリング磁性鋼４は固定子及び可動子のうちの他方であり、磁気浮上式重力補償装置１００はステージ装置の下方に位置し、磁気浮上重力可動子は前記ステージ装置を支持する。

【0055】

具体的には、ステージ装置は、ステージ６と、ステージ６の下方に設けられた回転ベース１０３とを含み、可撓性機構７は微動ベース１０４と回転ベース１０３との間に径方向に延在し且つ両端において微動ベース１０４及び回転ベース１０３に固定接続される。具体的には、可撓性機構７の径方向内側端部は回転ベース１０３に接続され、径方向外側端部は微動ベース１０４に接続される。

【0056】

また、図１５ｂに示すように、可撓性機構７は複数の弾性シート７１を含み、各弾性シート７１はステージ装置の中心周りにステージ装置の外周に環設され、各弾性シート７１の径方向の外側は微動ステージの他の部材に接続され、磁気浮上式重力補償装置１００は複数であり、各磁気浮上式重力補償装置１００は並列に設けられ、且つ互いに離間する。当然のことながら、いくつかの実施例では、磁気浮上式重力補償装置１００は１つだけであってもよい。

【0057】

図１６は本願による磁気浮上式重力補償装置１００を用いたステージ装置の底面図を示す。ステージ装置の下方にキャビティが設けられ、本願による磁気浮上式重力補償装置１００を収容するために用いられる。ここで、ステージ装置下方のキャビティは１つ、２つ、３つ又は４つであってもよい。図には１つの磁気浮上式重力補償装置１００が中心点に配置され、２つの磁気浮上式重力補償装置１００が並列に配置され、３つの磁気浮上式重力補償装置１００が例えば正三角形に配置され、４つの磁気浮上式重力補償装置１００が正方形に配置される概略図が示されているが、他の数及び他の配置態様の磁気浮上式重力補償装置１００が設けられてもよい。磁気浮上式重力補償装置１００を使用する作業テーブルの形状も図示の正方形に限定されるものではなく、必要に応じて任意の形状に設定されてもよい。理解すべきものとして、複数の磁気浮上式重力補償装置１００の等価重心の位置する垂線は垂直方向移動機構の重心の位置する垂線と同一線する必要がある。

【0058】

図１６に示すように、本願の磁気浮上式重力補償装置１００によればストロークに伴ってリニアに変化する磁気浮上力を提供することができ、即ちステージ装置の重力を補償できるだけでなく、可撓性機構７が発生する弾性力を補償することもでき、ある場合に微動ステージの重力補償に対する要求を満たすことができる。また外側コイル５はステージ装置の移動に必要な加速度駆動力及び可撓性機構の可変剛性領域における補償力を提供するだけでよいため、そのコイル部分の電流が小さく、温度上昇が低く、ステージ装置は高動的応答の応用要求を満たすことができる。そして、本願における磁気浮上式重力補償装置１００によれば、構造がコンパクトであるため、ステージ装置の設計空間を節約することができ、集積度が非常に高い。

【0059】

また、なお、微動ステージにおける他の部材構造及び接続関係は公開番号ＣＮ１１２２５９４８８Ｂの出願における説明を参照することができ、当該特許公開は参照により本明細書に組み込まれる。
当業者であれば理解できるように、上記各実施形態は本願を実現する具体的な実施例であり、実際の応用において、本願の精神及び範囲から逸脱せずに形式及び詳細についてそれに対して様々な変更を行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14a】

【図14b】

【図15a】

【図15b】

【図16】

【国際調査報告】