具有磁执行器的振动隔离系统及磁执行器的制作方法

1.本发明涉及一种具有磁执行器的振动隔离系统。本发明具体涉及一种稳态的振动隔离系统，其上放置有磁敏器具，例如用于处理半导体元件的器具或诸如电子显微镜的高精密测量仪器。
2.本发明还涉及一种用于振动隔离系统的磁执行器。


背景技术：

3.实践中已知主动振动隔离系统。尤其在半导体工业中使用了振动隔离系统，在该系统中用于处理半导体元件的器具、例如用于曝光或检查晶片的器具安置于至少三个振动隔离器上。
4.放置这些器具的振动隔离系统也用于高精密测量仪器，诸如电子显微镜或透射电子显微镜(“tem”)。透射电子显微镜可借助电子束对对象进行直接成像。对于这种显微镜的操作提出了极高的要求，一方面是关于系统暴露于可能的振动，另一方面又关于可能的干扰磁场。
5.主动振动隔离系统包括振动隔离地安置的负载上和/或底面上的传感器，通过这些传感器检测振动。基于检测到的振动，借由控制器触发执行器，该执行器作用于振动隔离地安置的负载并产生反作用力以减少振动隔离地安置的负载的振动。
6.作为执行器尤其使用磁执行器。它们是根据线性电机原理来构建，其优点在于能在较小结构空间内在较宽的频率范围内产生相对较大的力。
7.然而，已知磁执行器的缺点是由永磁体和/或绕阻产生磁场。
8.它们可能干扰磁敏器具，例如扫描电子显微镜或透射电子显微镜，因此通常无法在器具附近安装。
9.这会导致磁敏器具、例如用于处理半导体元件的器具或高精密测量仪器(诸如电子显微镜或尤其是透射电子显微镜)无法与使用磁执行器工作的稳态的振动隔离系统联合操作，因为磁执行器的磁场会影响或歪曲测量结果。
10.这就导致另一缺点，即上述带有磁执行器的稳态的振动隔离系统会因磁场引起的干扰而无法使用，因此这种高精密测量仪器通常不能在可能产生底面振动的生产设施或其他装备附近操作。
11.发明人正是出于该目的。


技术实现要素：

12.有鉴于此，本发明的目的是至少减少现有技术中的上述缺点。
13.本发明的目的尤其是提供一种具有磁执行器的稳态的振动隔离系统，其也能与用于处理半导体元件的器具或高精密测量仪器、例如电子显微镜或尤其是透射电子显微镜联合使用。
14.本发明旨在允许此类器具和仪器能够在可能产生底面振动的生产设施或其他装
备附近环境中操作，而不会影响到这类器具或仪器的操作，例如受到振动隔离系统磁场的影响。
15.本发明的目的通过根据独立权利要求中任一项所述的振动隔离系统以及用于振动隔离系统的磁执行器来实现。
16.本发明的优选实施方式和改进方案可以参阅从属权利要求的主题、说明书和附图。
17.本发明涉及一种振动隔离系统，其包括振动隔离地安置的负载，其中该振动隔离系统具有至少一个由控制器触发的磁执行器。
18.本发明尤其涉及一种稳态的振动隔离系统，其中板在至少三个振动隔离器上振动隔离地安置。该振动隔离系统尤其是用来容纳用于处理半导体元件的器具、例如光刻器具或晶片检查器具，和/或容纳高精密测量仪器、例如电子显微镜或尤其透射电子显微镜。
19.此外，本发明另一方面包括高精密测量仪器或高精密成像光学设备，尤其是显微镜、电子显微镜或透射电子显微镜，其包括具有至少三个振动隔离器的振动隔离系统，其中优选地，至少一个振动隔离器、特别优选地每个振动隔离器包括磁执行器。
20.借此，根据本发明的振动隔离系统适于在器具中或与电子能量损失谱(“eels”＝electron energy loss spectroscopy)联合使用。
21.借由此类方法例如可以执行无机或有机结构的化学计量和电子表征。在通常借由透射电子显微镜执行的电子能量损失光谱中，单能的或单色的电子的能量损失光谱是在与样品相互作用后所确定。
22.在本文中，术语“单能”应理解为初级电子的能量分布宽度相对于测量光谱的宽度应尽可能小，因为分布宽度决定了该方法可达到的光谱分辨率。在此初级电子经由它们的电场与样品的带电粒子相互作用(在原子核中与中子结合的质子和电子)。由于原子核比单个电子质量大得多，因此从初级电子到原子核的能量转移可以忽略不计。相对地，与固态电子的相互作用可能导致明显的能量损失，这可以根据能量转移的特征概率分布来确定。
23.重要的是，在待测量的样品区域中，干扰磁场尽可能少或仅有极小的干扰磁场、尤其是振动隔离器不会产生干扰磁场，以便能够在没有此类磁场叠加的情况下进行高精密测量。
24.该区域用于在测量期间容纳样品，下文又称为测量区域。然而，伸入测量区域的附加磁场可能使初级电子偏转，并因此歪曲测量结果。
25.在一优选实施方式中，成像光学装置的测量区域尽可能远离振动隔离器，尤其是远离至少一个磁执行器，因为由于该距离会实现磁执行器的磁场一定程度上的减弱。
26.在例如具有三个彼此间隔的振动隔离器、尤其磁执行器的布置中，测量区域可特别有利地位于由三个振动隔离器形成的三角形的外心的区域中。
27.在例如具有四个彼此间隔的振动隔离器、尤其磁执行器的布置中，测量区域可特别有利地位于由四个振动隔离器形成的矩形或正方形的中心点的区域中。
28.一般而言，有利的是，测量区域与振动隔离系统的全部振动隔离器、至少与包括磁执行器的那些振动隔离器的距离相同。测量区域应理解为例如呈正六面体或平行六面体形状的空间区域，一般具有用于样品的容纳部，其中待测样品至少部分地放置在该区域中以进行测量。如果说距测量区域的距离，可以理解为距该空间区域(即例如正六面体)的重心
或样品容纳部的中心点的距离。
29.磁执行器作用于振动隔离地安置的负载并产生反作用力以减少在至少一个空间方向上的振动。
30.磁执行器尤其构造为线性电机并且包括具有至少一个绕阻的绕阻载体，该绕阻载体布置于u形构造的磁体载体中。根据本发明的磁执行器的这种基本布置能够特别有利地如此优化结构组件，使得可以实现所需的极高屏蔽部，以便能够在无干扰磁场的情况下执行测量。
31.根据本发明，磁执行器包括磁屏蔽部。
32.本发明就提供了具有用作磁屏蔽部的封壳的磁执行器。
33.磁屏蔽部尤其由软质金属组成。
34.由于磁屏蔽部，磁执行器内部已存在或正产生的磁场受到偏转和束缚，使得大幅削弱外部磁场。
35.磁屏蔽部尤其由磁导率值μ
r
超过1000、优选超过10000、特别优选超过50000的材料组成。
36.磁屏蔽部尤其由mu金属组成。这涉及一种软质磁性铁镍合金，其磁导率值μ
r
通常为80000至500000。
37.磁屏蔽部优选地构造为具有壁中的开口的壳体，从该开口突出磁执行器的臂、尤其是绕阻载体。
38.开口尺寸优选地设定为使得绕阻载体以非接触方式突伸到磁体载体中，但围绕该绕阻载体延伸的间隙保持尽可能小，尤其具有小于2mm、优选小于1mm的最大宽度。
39.磁屏蔽部可以尤其提供为具有组装的壁的矩形壳体。制造时不必进行会削弱磁导率的材料变形。
40.在另一实施方式中，磁执行器包括具有磁屏蔽部的绕组。它尤其可以呈多层构造。如此，尽管有绕组，削弱导磁率的变形仍能保持在较低水平。
41.经证实，即使是由mu金属制成的极薄绕组、尤其总厚度小于1mm、优选小于0.5mm的多层绕组，也能导致由磁执行器引起的磁场显著减少。
42.磁屏蔽部可以尤其具有0.1mm至10mm、优选0.2mm至1mm的厚度。
43.根据本发明一实施方式，磁执行器集成于振动隔离器中。振动隔离器包括弹簧，并用于待隔离的负载的振动隔离的安置。
44.弹簧可以例如构造为气动弹簧。根据本发明的磁执行器可以布置于隔离器中，例如布置于气动弹簧的工作空间中，或布置于气动弹簧的壳体中。
45.本发明还允许磁执行器附接至用于处理半导体元件的器具附近。根据本发明的磁执行器尤其也可以放置在距用于处理半导体元件的器具、例如距扫描电子显微镜小于50cm的距离处。
46.由于屏蔽部，根据本发明的磁执行器还特别有利地能够在高精密成像光学设备、尤其是显微镜、电子显微镜或透射电子显微镜上操作或与之联合操作。
47.这样就能提供一种具有振动隔离器布置的、尤其具有磁执行器的高精密成像光学设备，在操作中，在距至少一个振动隔离器、尤其磁执行器小于70cm、小于50cm、优选小于45cm、特别优选小于40cm的距离处cm存在磁场，该磁场在操作期间低于15nt、优选低于
10nt、特别优选低于9nt。
48.借此，这种高度屏蔽一方面允许提供具有多于三个、优选四个或甚至更多振动隔离器、尤其磁执行器的布置。具有四个而非三个这样的振动隔离器、尤其磁执行器的布置能够实现成像光学设备显著更稳定的实施方案，并例如能更好地防止设备无意中倾翻。
49.屏蔽部还允许成像光学设备在预计振动的工作环境或时间中操作。例如，可以在测试环境中的振动隔离系统中实现上述测量区域内的低磁场，峰间底面振动幅度为20μm且频率为0.5hz。
50.另一方面，磁执行器的高屏蔽能够实现相对较小的构型，因为振动隔离系统以及成像光学设备也可以保持非常紧凑，因为磁执行器可以相对靠近测量区域移动。
51.在另一优选实施方式中，振动隔离系统包括至少两个磁执行器，用于在至少两个不同的空间方向上生成补偿信号。
52.本发明还涉及一种用于振动隔离系统、尤其用于上述振动隔离系统的磁执行器。
53.磁执行器包括具有相对置的磁体的磁体载体。
54.磁体载体尤其呈具有两个相对置的腿的u形构造，其中磁体成对地彼此相对置，且磁体的磁极也彼此相对置，即相反的磁极彼此相对地布置。
55.在磁体之间非接触地布置具有至少一个绕阻的绕阻载体。
56.此外，磁执行器包括磁屏蔽部，该磁屏蔽部包括开口，绕阻载体从该开口突出。
57.磁执行器可以尤其如上文结合振动隔离系统所述那样构造，即具有上文结合磁执行器所述的特征。
58.屏蔽部尤其可以由具有磁导率值μ
r
超过1000、优选超过10000、特别优选超过50000的材料组成。
59.例如，磁屏蔽部由mu金属组成。
60.根据一实施方式，磁屏蔽部包围磁体载体。
61.根据本发明本实施方式，磁屏蔽部构造为围绕此外从现有技术中已知的磁执行器延伸的额外的壳体。
62.本发明本实施方式的优点在于，磁屏蔽部的材料必须惟独针对特别好的磁屏蔽部来进行优化。
63.根据本发明另一实施方式，磁体载体本身形成磁屏蔽部的一部分。
64.根据本发明本实施方式，磁体载体由这种材料制成，并且其尺寸设定为使得绕阻载体的腿和这两个腿的连接板已经形成屏蔽。
65.对于本发明本实施方式，优选不使用mu金属，而是使用更便宜且更易于加工的铁磁软铁。
66.用作屏蔽部的壁必须比mu金属更厚才能实现相同的屏蔽。
67.根据本发明本实施方式，u形磁体载体的开口侧设置有用作屏蔽部的壁。
68.优选地，同时用作磁体载体和屏蔽部的壳体仅包括单个开口，绕阻载体以非接触方式突伸到该开口中。
69.根据本发明一优选实施方式，为了产生尽可能高的力，磁执行器包括至少两个相对置的磁体对，在磁体对之间布置绕阻的线圈。
70.据此，一种特别有利的布置提供至少两个相对置的磁体对，在其间相应地布置有
绕阻的线圈，其中优选地同样设置两个这样的绕阻的线圈。
71.换言之，在一个相对置的磁体对之间布置一个绕阻线圈，而以预定距离相继地，另一个相对置的磁体对具有其间再次布置一个绕阻线圈。这一点能够在最少化操作中所需的磁场的时候实现良好的力传递。
72.由此，也设置了多个绕阻线圈或线圈布置，它们可以彼此间隔，并有利地布置成对应于相对置的磁体对。也可以存在多于两个这样具有线圈布置的相对置的磁体对，例如三个设置有线圈布置的磁体对，其中这些布置之间分别具有距离，以便能够将操作中所需的磁场减到最小。相邻的磁体对之间和/或相邻的线圈布置之间的距离可以在1mm至60mm的区域内、优选在2mm至20mm的区域内。
73.在一特别有利的实施方式中，绕阻的线圈与磁体之间的距离也最小化，以便也能将所需的驱动能降至最小。该距离有利地小于2mm、优选小于1mm。
74.在一同样有利的实施方式中，绕阻载体包括或由磁导率良好的铁磁软铁制成，以促进绕阻载体区域中的磁化。
75.在本发明进一步改进方案中，绕阻载体还可以构造有附加的屏蔽部，该附加的屏蔽部可以尤其是附接至绕阻载体的位于屏蔽部之外的区域中。绕阻载体在线圈布置之间的区域或表面也可以构造有屏蔽部。
附图说明
76.下面结合根据图1至图3示意性示出的实施例以及根据图4和图5以透视图示出的实施例对本发明的主题予以详述。
77.图1示出了本发明第一实施例的示意性剖视图，其中磁执行器具有由高的磁导率值的材料制成的封壳作为磁屏蔽部。
78.图2示意性示出了本发明一替代实施方式，其中磁体执行器的磁体载体同时作为磁屏蔽部的一部分。
79.图3是安装有根据本发明的磁执行器的振动隔离系统的示意图。
80.图4是设置有两个磁执行器的振动隔离器的透视图。
81.图5是示出磁执行器内部的细节视图。
82.图6示出了用于确定距磁执行器预定距离处的磁场的测试装置的俯视图。
83.图7a和图7b示意性示出了具有磁体和载体的磁执行器的斜视图。
84.图8示意性示出了具有改进磁屏蔽部的磁执行器的斜视图，该磁屏蔽部集成到载体中或与载体集成一体。
85.图9a、图9b、图10a和图10b示意性示出了基于磁体对与绕阻线圈具有较大距离和具有较小距离的布置中磁场相较之下的磁场差异。
具体实施方式
86.图1示出了提供用于振动隔离系统中的磁执行器1的实施例的示意性剖视图。
87.磁执行器1包括磁体载体2。
88.磁体载体2呈u形构造，并且包括两个相对置的腿5a、5b，它们在一侧借由板6彼此连接。
89.在本实施例中，两个相对置的磁体对3a、3b和4a、4b附接在腿5a、5b上。
90.磁体3a、3b、4a、4b紧固在、尤其粘附在腿5a、5b上。
91.磁体对3a、3b和4a、4b的磁极彼此相反。与之相应地，磁场从一个腿5a延展到另一个腿5b。
92.在本实施例中，磁体3a、3b、4a、4b布置为使得两个磁体对3a、3b和4a、4b的磁场相反地定向。
93.在本实施例中呈板状构造的绕阻载体7以非接触方式突伸到磁体载体2中，并且包括绕阻8，该绕阻8的线圈在磁体对3a、3b和4a、4b之间延伸。
94.通过向绕阻8施加电流并由此产生磁场，磁执行器1可以产生在两个方向上的力(取决于电流的流动方向，由箭头指示)。
95.例如，绕阻载体7可以接合在待隔离的负载上。然而，也可以设想颠倒的布置，其中磁体载体2布置于振动隔离地安置的负载上，而绕阻载体7接合在振动隔离系统的基部。
96.根据本发明，磁执行器1包括磁屏蔽部9。
97.在本实施例中，磁屏蔽部9以磁体载体2的封壳构造。
98.磁屏蔽部包括侧壁10和后壁11。在该剖视图中看不到前壁。
99.磁屏蔽部9还沿着由磁屏蔽部9形成的壳体的底侧19和顶侧20延伸。
100.磁屏蔽部9仅具有一个开口12，绕阻载体7穿过该开口12以非接触方式突伸到由磁屏蔽部9形成的壳体中直至磁体载体2中。
101.开口优选构造为使其仅构成绕绕阻载体7延伸的狭窄间隙。
102.在本实施例中，磁屏蔽部9优选地由mu金属构成。
103.屏蔽部可以尤其是多层由mu金属制成的绕组。
104.图2示出了本发明一替代实施方式的示意图。
105.与图1所示的实施方式相比之下，磁体载体2同时用作磁屏蔽部。
106.磁体载体2的腿相比根据图2的实施例更厚，并形成磁屏蔽部9的侧壁10。
107.用于连接磁体载体2的腿5a、5b的板6用作底部。
108.与现有技术中已知的磁执行器的区别在于，设置了后壁11和前壁(未示出)。只是在如此由磁屏蔽部9形成的壳体的顶侧20中，图1中相应地设置有开口12，具有绕阻8a和8b的绕阻载体7穿过该开口12以非接触方式突伸到由磁屏蔽部9形成的壳体中，使得绕阻8在磁体对3a、3b和4b、4b之间延伸。
109.图3是采用图1或图2所示的磁执行器的振动隔离系统的示意图。
110.振动隔离系统13构造为主动振动隔离系统并包括板14，该板14振动隔离方地安置于振动隔离器15上、例如安置于空气弹簧上。
111.板15用于容纳用于处理半导体元件的器具(未示出)。
112.在本实施例中，用于主动振动隔离的磁执行器1集成于振动隔离器15的壳体中。
113.振动隔离系统构造为使得操作中由磁执行器在板14的中心引起的磁场始终低于10nt。
114.振动隔离系统包括在振动隔离地安置的负载上和/或底面17上的至少一个传感器16。
115.由控制器18处理来自传感器16、17的信号，该控制器18控制磁执行器1主动减少振
动。这样就能抵消自外作用于系统上的振动发展。
116.还可以抵消由振动隔离地安置的负载(例如可移动平台)引起的振动。
117.由于磁执行器1的磁屏蔽，它们也能靠近对磁场敏感的器具布置。
118.图4是振动隔离器15的实施例的透视图。振动隔离器15包括底部21，其在安装状态下与底面连接。
119.振动隔离器15还包括顶部22，与振动隔离地安置的负载连接、尤其与图3所示的板(附图标记14)连接。
120.在顶部22与底部21之间存在气动弹簧，该气动弹簧在本图中被磁执行器1a、1b覆盖。
121.在本实施例中，磁执行器1a、1b大致在边缘侧附接至振动隔离器的两角。
122.磁执行器1a用于水平振动隔离。
123.可以看出腿5a。
124.绕阻载体7接合在腿5a与相对置的腿(本图中未示出)之间。
125.在边缘侧，由腿形成的磁体载体上均布置有侧部23，该侧部23覆盖由腿5a形成的绕阻载体。
126.图5是具有部分隐藏的绕阻载体的振动隔离器的细节图，即在两个磁执行器1a、1b中前腿(图4中的5a)被隐藏。设置用于垂直隔离的磁执行器1b对应于图1所示的结构，其中两个极性相反的磁体对在磁体载体中彼此上下垂直布置。
127.本图中可以看到磁体3a和4a。
128.这样，通过触发本图中覆盖的绕阻，可以在垂直方向上产生补偿力。
129.在用于水平隔离的磁执行器1a中，磁体对旋转90
°
。
130.可以看到磁体3a和4a的磁体对并非彼此上下布置，而是彼此相邻并置。
131.绕阻8构造为使得其线圈也在磁体对之间穿过。
132.通过触发绕阻，可以在水平方向上产生补偿力。
133.在本实施例中，例如粘附到绕阻载体7上的绕阻8在俯视下具有带圆角的基本上矩形的横截面。
134.根据本发明，本图所示的磁执行器1a、1b的壳体还设置有由mu金属制成的多层覆盖物(未示出)，通过该多层覆盖物会显著减少由磁执行器1a、1b引起的磁场。
135.通过本发明，能够以非常简单的方式扩大磁执行器在振动隔离系统中的应用范围。
136.图6示出了用于确定距磁执行器预定距离处的磁场的测试装置。图示的布置具有四个构造为磁执行器的振动隔离器61。这类布置对于容纳相应的仪器和器具、尤其对于诸如显微镜、电子显微镜或透射电子显微镜的高精密成像光学设备特别稳定。
137.在该测试装置中，四个振动隔离器61呈均匀的、矩形的排列布置于基板62上，这特别有益于稳定性因素。在该矩形的排列的中心点，在基板62的同一侧上附接有用于测量磁通密度的磁场传感器或磁力计60，其测量振动隔离器61的操作中存在的磁场。
138.借此，磁力计60相对于振动隔离器61位于测量区域中，即位于通常测量样品的部位处。在这个局面中，振动隔离器61之间的距离介于50cm至80cm。在操作中，可表明操作期间由磁执行器61引起的磁场低于10nt、特别优选低于9nt。即使振动隔离器61彼此的距离更
小，且进而磁力计60与振动隔离器61之间的距离更小，在操作期间由磁执行器引起的磁场强度也只是可忽略地增强，使得一个或多个振动隔离器61与测量区域之间的距离小于约70cm、例如30cm至70cm、或35cm至65cm也被视为足以使电子显微镜或尤其是透射电子显微镜能够操作。
139.上述磁场的值可以在测试环境下的振动隔离系统中实现，其中峰间底面振动幅度为20μm并且频率为0.5hz。
140.图7a和图7b示出了具有磁体72和载体71的磁执行器70，该载体71包括或由简单的镀镍钢形成。图7b示出了包围载体71的侧壁和端面的屏蔽部73。磁屏蔽部73由mu金属形成。
141.图8示出具有改进磁屏蔽部83的磁执行器80，该磁屏蔽部83集成到载体中或与载体集成一体。在本实施方式中，载体由镀镍软铁形成，其具有优于普通钢的磁导率。
142.在本实施方式中，绕阻线圈与磁体之间的距离也减到最小，并且约为1mm。屏蔽部的集成实施方式所提供的优点还在于，能够增加壁厚而不会同时扩大结构空间。换言之，由于壁的优化构造，磁屏蔽部得以改善，因为这些壁可以制得更厚，或者磁屏蔽部可在整体厚度上发挥作用。
143.图9a、图9b、图10a和图10b示出了基于磁体对与绕阻线圈具有较大距离(图9a和图9b)和具有较小距离(图10a和图10b)的布置中磁场相较之下的差异。
144.在图10a和图10b所示的磁执行器100的实施方式中，磁体101与线圈布置102、即绕阻线圈之间的距离或距绕阻载体103的距离被最小化，并且有利地仅为小于2mm、优选小于1mm，而该距离在图9a和图9b所示的磁执行器90的实施方式中更大。
145.可以看出，在图10a和图10b所示的实施方式中，形成的磁场明显更佳。仅具有供绕阻载体103穿过的很小开口112的侧向屏蔽部104也对此有所贡献。
146.根据本发明，本发明实现了提供一种高精密测量仪器或高精密成像光学设备、尤其显微镜、电子显微镜或透射电子显微镜，其包括具有至少三个振动隔离器、尤其四个振动隔离器的振动隔离系统，其中优选地，至少一个振动隔离器、特别优选地每个振动隔离器包括磁执行器。
147.根据本发明的振动隔离系统能够为用户提供更优良的分辨率和/或更广泛的应用可能性，例如也能用在预计可能发生振动的附近或甚至生产环境或时间中，例如每日时刻。
148.这样就能更灵活地使用这类电子显微镜或透射电子显微镜等高精密测量仪器。附图标记列表1
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磁执行器2
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磁体载体3a、3b
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磁体4a、4b
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磁体5a、5b
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腿6
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板7
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绕阻载体8
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绕阻9
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磁屏蔽部10
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磁屏蔽部侧壁
11
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磁屏蔽部后壁12
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磁屏蔽部开口13
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振动隔离系统14
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板15
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振动隔离器16
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传感器(负载)17
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传感器(底面)18
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控制器19
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底侧20
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顶侧21
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基部22
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顶部23
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侧部60
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磁场传感器61
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磁执行器62
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基板70
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磁执行器71
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载体72
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磁体73
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屏蔽部80
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磁执行器83
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屏蔽部90
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磁执行器91
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磁体92
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线圈布置93
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绕阻载体100
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磁执行器101
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磁体102
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线圈布置103
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绕阻载体104
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侧屏蔽部112
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开口