JP2005024567A - Location finding apparatus - Google Patents

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完 臣永
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-dimensional measuring apparatus having sufficient measurement reproducibility by reducing errors in reproducing straightness, when moving an X-Y stage, with no use of a low-cost guide drive system. <P>SOLUTION: The two-dimensional measuring apparatus comprises, on a base 1, a measured object-holding part 6, on which a measured object is placed, an X stage 2, a sub base 21 of gate type so arranged as to stride over the X stage, a Y stage 22 disposed at the gate-type sub base, a video microscope (detector) 29 which is movable in Z-axis direction, and ball circulation type linear guides 3A, 3B, 23A, 23B, as well as motors 4 and 24 for guiding/driving the X stage and Y stage, respectively. In order to precisely detect errors in straightness, when the holding part moves in the X-axis direction and Y-axis direction, triangular survey type laser displacement gauges 14 and 44 are provided adjacent to/facing X-axis/Y-axis straight bars 13 and 43, attached to the side surface of the holding part. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば液晶基板や液晶表示素子の製造工程等において、その表面に形成されるマスク等の精密パターンを測定するために用いられる二次元測定装置に関する。   The present invention relates to a two-dimensional measuring apparatus used to measure a precision pattern such as a mask formed on the surface of a liquid crystal substrate or a liquid crystal display element, for example.

例えば、液晶基板や液晶表示素子の製造工程等では、その表面に形成されるマスク等の精密パターンの寸法を測定する必要がある。従来、かかる精密パターンを測定するための装置としては、一般に、被測定物である基板をX−Yステージ上で移動しながら、その表面の精密パターンをテレビ顕微鏡などで撮像して測定するものは、既に知られている。   For example, in the manufacturing process of a liquid crystal substrate or a liquid crystal display element, it is necessary to measure the size of a precision pattern such as a mask formed on the surface. Conventionally, as a device for measuring such a precision pattern, generally, a substrate that is an object to be measured is moved on an XY stage, and the surface precision pattern is imaged and measured with a television microscope or the like. Already known.

ところで、かかる液晶基板や液晶表示素子を利用した表示装置は、近年、その大形化や高精密化が強く要求されており、この要求に伴って、これら液晶基板や液晶表示素子上の精密パターンの寸法測定を行う二次元測定装置にも、これら大形化した基板や素子の表面上に高精密化して形成された精密パターンを、より正確に測定することが求められている。具体的には、最近では、数百ミリメータ〜千ミリメータ(数100mm〜1000mm)の範囲にわたって0.1μm以下の測定再現性(測定精度)が求められるようになっている(特許文献1参照)。   By the way, in recent years, display devices using such liquid crystal substrates and liquid crystal display elements have been strongly demanded to increase in size and precision, and along with this demand, precision patterns on these liquid crystal substrates and liquid crystal display elements are required. The two-dimensional measuring apparatus that measures the above dimensions is also required to more accurately measure the precise pattern formed on the surface of these enlarged substrates and elements with high precision. Specifically, recently, measurement reproducibility (measurement accuracy) of 0.1 μm or less has been required over a range of several hundred millimeters to 1,000 millimeters (several hundred mm to 1000 mm) (see Patent Document 1).

従来、このような測定には、例えば添付の図3に示すような二次元測定装置が用いられていた。すなわち、図にも示すように、ベース1上に、被測定物を位置決めするXステージ2と、このXステージ2を跨いで設けた門型のYステージ22とを設け、このYステージ22にはZステージ27を組み付け、さらに、このZステージ上にテレビ顕微鏡29を搭載する。そして、これらXステージ2、Yステージ22、Zステージ27を移動しながら、検出装置であるテレビ顕微鏡29を、被測定物である上記基板上で位置決めを行う。なお、これらXステージ2及びYステージ22の移動量は、レーザ干渉計8a、8b、8cと平面鏡7a、7b、37により高精度に測定する。これにより、上記テレビ顕微鏡29及び図示しない画像処理装置によって測定した顕微鏡視野内の被測定点位置と、上記レーザ干渉計8a、8b、8cによって測定したXステージ及びYステージの移動量とから、上記被測定物上での被測定点の二次元寸法(X方向及びY方向の位置)を測定する。   Conventionally, for such measurement, for example, a two-dimensional measuring apparatus as shown in FIG. 3 is used. That is, as shown in the figure, an X stage 2 for positioning an object to be measured and a gate-shaped Y stage 22 provided across the X stage 2 are provided on the base 1. A Z stage 27 is assembled, and a television microscope 29 is mounted on the Z stage. And while moving these X stage 2, Y stage 22, and Z stage 27, the television microscope 29 which is a detection apparatus is positioned on the said board | substrate which is a to-be-measured object. The movement amounts of the X stage 2 and the Y stage 22 are measured with high accuracy by the laser interferometers 8a, 8b and 8c and the plane mirrors 7a, 7b and 37. Thereby, from the position of the measurement point in the microscope visual field measured by the television microscope 29 and an image processing device (not shown) and the movement amounts of the X stage and the Y stage measured by the laser interferometers 8a, 8b, and 8c, A two-dimensional dimension (a position in the X direction and the Y direction) of the measurement point on the measurement object is measured.

ところで、上記従来技術になる二次元測定装置及びその方法では、例えば、寸法の測定における測定再現誤差に、ステージのX‐Y軸方向での移動の際の真直誤差が加算される構造である。すなわち、例えば、ステージをX軸方向に移動する際、ステージの移動に伴うヨーイングやローリングなどの影響によりY軸(進行方向に垂直な方向)に変動が生じ、これが誤差の原因となる。そこで、このX‐Y軸方向での移動の真直再現誤差を最大限に高める必要があり、従来では、例えば、このX‐Y軸方向でのステージの案内には、静圧空気軸受53a、52b、63及び駆動リニアモータ54、64の組み合わせが用いられていた。   By the way, the two-dimensional measuring apparatus and method thereof according to the prior art have a structure in which, for example, a straightness error when the stage is moved in the XY axis direction is added to a measurement reproduction error in dimension measurement. That is, for example, when the stage is moved in the X-axis direction, fluctuations occur in the Y-axis (direction perpendicular to the traveling direction) due to the influence of yawing or rolling accompanying the movement of the stage, which causes an error. Therefore, it is necessary to maximize the straight reproduction error of the movement in the XY axis direction. Conventionally, for example, the static pressure air bearings 53a and 52b are used for guiding the stage in the XY axis direction. 63 and drive linear motors 54 and 64 were used.

しかしながら、これらの技術によれば、測定再現精度は0.1μm〜0.2μm程度となるため、これにより得られる真直案内再現性は0.2μm程度となっていた。しかし、上記したように、被測定物の大形化に伴い、数100mm〜1000mmの移動量を有する静圧空気軸受は、その大きな寸法にわたって高精度な加工が必要とされるため、非常に高価なものとなってしまう。加えて、リニアモータもやはり高価であり、さらには、その発熱量も大きく、そのため、高い測定再現精度、真直案内再現性が求められる装置に熱変位による大きな測定誤差をもたらすこととなり、好ましくなった。   However, according to these techniques, since the measurement reproducibility is about 0.1 μm to 0.2 μm, the straight guide reproducibility obtained thereby is about 0.2 μm. However, as described above, with the increase in the size of the object to be measured, the hydrostatic air bearing having a moving amount of several hundred mm to 1000 mm is required to be processed with high accuracy over its large dimensions, and thus is very expensive. It will become something. In addition, linear motors are also expensive, and their calorific value is also large, which leads to large measurement errors due to thermal displacement in devices that require high measurement reproducibility and straight guide reproducibility. .

また、その他の二次元測定装置及び方法としては、添付の図4にも示すように、テレビ顕微鏡29をZ方向に位置決めし、次いで、被測定物101をXYステージ102(図では示されないが、上記同様、XステージとYステージを重ねた構造)上でX‐Y方向に位置決めするものが既に知られている。なお、このXYステージ102の被測定物の外側(側面)には、XY軸に平行な反射面を有する平面鏡107a、107bが設けられており、やはり、レーザ干渉計108a、108bにより、X‐Y軸方向の移動量を高精度で測定するものである。   As another two-dimensional measuring apparatus and method, as shown in FIG. 4 attached, the television microscope 29 is positioned in the Z direction, and then the object to be measured 101 is placed on the XY stage 102 (not shown in the figure, Similar to the above, there is already known one that positions in the XY direction on a structure in which an X stage and a Y stage are overlapped. In addition, plane mirrors 107a and 107b having reflecting surfaces parallel to the XY axis are provided on the outside (side surface) of the object to be measured of the XY stage 102, and again, the laser interferometers 108a and 108b perform XY. The amount of movement in the axial direction is measured with high accuracy.

なお、この装置及び方法では、上記レーザ干渉計108a、108bから平面鏡107a、107bへ向けて出射するレーザ光線の交点が上記テレビ顕微鏡29の光軸が一致するように設定しておき、かつ、被測定面(被測定物の上面)とほぼ同じZ位置に設定することにより、原理的には、X‐Y軸方向での移動の際、真直度の再現誤差をレーザ干渉計で検出できるものである。具体的には、例えば、X‐Yステージ102がX方向に移動する場合は、このX軸に平行な平面鏡107aの変位をレーザ干渉計108bで測定すれば、X軸での移動の真直度(すなわち、Y軸方向での変位)を測定することが可能となる。   In this apparatus and method, the intersection of the laser beams emitted from the laser interferometers 108a and 108b toward the plane mirrors 107a and 107b is set so that the optical axis of the television microscope 29 coincides, and By setting the Z position almost the same as the measurement surface (the upper surface of the object to be measured), in principle, the laser interferometer can detect straightness reproduction errors when moving in the XY direction. is there. Specifically, for example, when the XY stage 102 moves in the X direction, if the displacement of the plane mirror 107a parallel to the X axis is measured by the laser interferometer 108b, the straightness of movement on the X axis ( That is, the displacement in the Y-axis direction can be measured.

ところで、上述した従来技術になる二次元測定装置及び方法においても、レーザ干渉計を利用することにより、ステージ移動の際の真直度を測定することは可能であるが、しかしながら、以下のような問題点が指摘される。   By the way, also in the two-dimensional measuring apparatus and method according to the prior art described above, it is possible to measure the straightness at the stage movement by using the laser interferometer, however, the following problems are encountered. Points are pointed out.

すなわち、X‐Y方向に移動する位置決めステージ102を跨いでZステージ109が配設され、さらに、レーザ干渉計108a、108bが上記X‐Yステージ102の端部に配設される構造であるため、これらを取り付けるベース110の寸法が大きくなってしまう。そのため、X‐Yステージ102の移動に伴って、そのステージ重量による負荷重心点が移動してしまい、上記ベース110が歪んでしまい、それに伴って、ベース上に設けられたレーザ干渉計108a、108bと平面鏡107a、107bとの間の距離や位置関係が変動してしまい、各ステージの移動距離を正確かつ高精度に測定することが困難となる問題点があった。   That is, the Z stage 109 is disposed across the positioning stage 102 that moves in the XY direction, and the laser interferometers 108 a and 108 b are disposed at the end of the XY stage 102. The size of the base 110 to which these are attached becomes large. Therefore, as the XY stage 102 moves, the center of gravity of the load due to the weight of the stage moves, the base 110 is distorted, and accordingly, the laser interferometers 108a and 108b provided on the base. The distance and the positional relationship between the mirror and the flat mirrors 107a and 107b fluctuate, which makes it difficult to accurately measure the moving distance of each stage.

さらに、上記の構成では、レーザ干渉計108a、108bと平面鏡107a、107bとの間の距離は、被測定物の寸法(例えば、数100mm〜1000mm)より大きくなるため、各ステージの移動距離の測定が温度や気圧など、環境の影響を受けやすく、測定誤差が大きくなってしまうという問題点もあった。すなわち、例えば、平面鏡とレーザ干渉計との間を200mm程度の距離を離して配置し、温度が0.5℃変化した場合、空気の屈折率の変化に伴って、測定距離は200mm×0.5℃×10-6/mm・℃=1×10-4mm=0.1μmだけ変化してしまい、これがそのまま測定誤差となってしまう。そのため、これでは必ずしも充分な測定再現精度や真直案内再現性を得ることは出来なかった。 Further, in the above configuration, since the distance between the laser interferometers 108a and 108b and the plane mirrors 107a and 107b is larger than the dimension of the object to be measured (for example, several hundred mm to 1000 mm), the movement distance of each stage is measured. However, there is a problem that the measurement error increases because it is easily affected by the environment such as temperature and pressure. That is, for example, when the plane mirror and the laser interferometer are arranged at a distance of about 200 mm and the temperature changes by 0.5 ° C., the measurement distance is 200 mm × 0. The temperature changes by 5 ° C. × 10 −6 / mm · ° C. = 1 × 10 −4 mm = 0.1 μm, which directly becomes a measurement error. For this reason, it has not always been possible to obtain sufficient measurement reproduction accuracy and straight guide reproduction.

特開2000−19415号公報JP 2000-19415 A

すなわち、上述したように、被測定物の大形化及びそのパターンの高精密化に伴って、数100mm〜1000mmの範囲にわたって0.1μm程度以下の測定再現性が求められるが、しかしながら、上述した従来技術では、X‐Y軸方向の移動における真直再現誤差がそのまま測定誤差となり、また、ステージの駆動系からの発熱も大きいため、上述した超精密測定には適さず、かつ、その価格も非常に高価なものとなってしまう。   That is, as described above, with the increase in the size of the object to be measured and the high precision of the pattern, measurement reproducibility of about 0.1 μm or less over a range of several hundred mm to 1000 mm is required. In the conventional technology, the straight reproduction error in the movement in the XY axis direction becomes the measurement error as it is, and the heat generation from the stage drive system is also large, so it is not suitable for the above-mentioned ultra-precision measurement and its price is also very high It will be expensive.

そこで、本発明では、上記した従来技術における問題点を解消し、すなわち、上述したような高価な案内駆動系を使用することなく、X‐Yステージを移動の際の真直再現誤差を大幅に低減して充分な測定再現性を得ることが可能で、かつ、大形化に対しても装置を安価に構成することが可能な二次元測定装置を提供することを目的とする。   Therefore, in the present invention, the above-mentioned problems in the prior art are solved, that is, the straight reproduction error when moving the XY stage is greatly reduced without using the expensive guide driving system as described above. It is an object of the present invention to provide a two-dimensional measuring apparatus that can obtain sufficient measurement reproducibility and that can be constructed at a low cost even for an increase in size.

かかる上記の目的を達成するため、本発明によれば、まず、表面に被測定物を載置する被測定物保持部と、ベース上に配設されて前記被測定物保持部を二次元平面のX軸方向に移動するXステージと、前記ベース上に配設されて前記X軸に垂直なY軸方向に延びて配置されたサブベースと、前記サブベース上を前記二次元平面のY軸方向に移動するYステージと、前記Yステージに取り付けられて前記二次元平面に垂直なZ軸方向に移動可能な画像検出手段と、前記Xステージを前記Y軸方向に案内駆動するX軸案内駆動手段と、前記Yステージを前記Y軸方向に案内駆動するY軸案内駆動手段とを備え、前記画像検出手段により検出した画像信号から前記被測定物の二次元寸法を測定する二次元測定装置において、さらに、前記被測定物保持部のX軸方向移動時のY軸方向における真直誤差を検出する手段を、前記被測定物保持部のX軸方向の側面に近接・対向して設け、かつ、前記被測定物保持部のY軸方向移動時のX軸方向における真直誤差を検出する手段を、前記被測定物保持部のY軸方向の側面に近接・対向して設けた二次元測定装置が提供される。   In order to achieve the above object, according to the present invention, firstly, a measured object holding part for placing the measured object on the surface, and the measured object holding part disposed on the base are arranged in a two-dimensional plane. An X stage that moves in the X-axis direction, a sub-base disposed on the base and extending in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis, and the Y-axis of the two-dimensional plane on the sub-base A Y stage that moves in the direction, an image detection means that is attached to the Y stage and is movable in the Z axis direction perpendicular to the two-dimensional plane, and an X axis guide drive that guides and drives the X stage in the Y axis direction And a Y-axis guide driving means for guiding and driving the Y stage in the Y-axis direction, and a two-dimensional measuring apparatus for measuring a two-dimensional dimension of the object to be measured from an image signal detected by the image detecting means Furthermore, the measured object storage Means for detecting a straightness error in the Y-axis direction when the unit moves in the X-axis direction is provided close to and opposite to the side surface in the X-axis direction of the object holding part, and the Y of the object holding part is A two-dimensional measuring apparatus is provided in which means for detecting a straight error in the X-axis direction during axial movement is provided close to and opposite to the side surface in the Y-axis direction of the object holding part.

かかる構成の二次元測定装置によれば、上記真直誤差検出手段は、各ステージの真直誤差を高精度で検出することが可能となり、前記X軸案内駆動手段と前記Y軸案内駆動手段を、それぞれ、比較的安価に構成することが可能な電動モータとボール循環形リニアガイドで構成しても、所望の測定再現性(測定精度)を得ることができる。また、前記真直誤差検出手段は、それぞれ、三角測量方式のレーザ変位計、または、レーザ干渉計により構成することが好ましい。   According to the two-dimensional measuring apparatus having such a configuration, the straight error detecting unit can detect the straight error of each stage with high accuracy, and the X-axis guide driving unit and the Y-axis guide driving unit are respectively The desired measurement reproducibility (measurement accuracy) can be obtained even with an electric motor and a ball circulation type linear guide that can be configured relatively inexpensively. The straight error detecting means is preferably constituted by a triangulation laser displacement meter or a laser interferometer.

また、前記真直誤差検出手段は、それぞれ、前記被測定物保持部のX軸方向及びY軸方向の側から数mm〜数十mmの距離で対向配置することが好ましく、かつ、前記X軸案内駆動手段と前記Y軸案内駆動手段は、それぞれ、数百mm〜千mmの範囲で前記被測定物保持部をX−Y軸方向に移動可能とすることにより、近年、その大形化や高精密化が強く要求されている液晶基板や液晶表示素子上のパターン寸法測定に対応することが出来る。   Further, the straight error detecting means are preferably arranged to face each other at a distance of several mm to several tens mm from the X-axis direction and Y-axis direction sides of the measured object holding portion, and the X-axis guide In recent years, the driving means and the Y-axis guide driving means can be moved in the XY-axis direction within the range of several hundred mm to 1,000 mm, respectively. It is possible to cope with pattern dimension measurement on liquid crystal substrates and liquid crystal display elements that are highly demanded for precision.

以上の詳細な説明からも明らかなように、本発明によれば、高価な案内駆動系を使用することなく、X‐Yステージを移動の際の真直再現誤差を大幅に低減して充分な測定再現性を得ることが可能で、かつ、大形化に対しても装置を安価に構成することが可能な二次元測定装置を提供することが出来るという優れた効果を発揮する。
As is apparent from the above detailed description, according to the present invention, sufficient measurement can be performed by greatly reducing the straight reproduction error when moving the XY stage without using an expensive guide drive system. An excellent effect is obtained that it is possible to provide a two-dimensional measuring apparatus capable of obtaining reproducibility and capable of constructing the apparatus at low cost even for an increase in size.
The

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施の形態になる二次元測定装置の斜視図であり、この図において、参照符号1は、本装置の基台となるベースを示しており、2はXステージを示している。また、このベース1上には、上記Xステージ2を跨ぐように、門形(「コ」の字型)のサブベース21が設けられ、このサブベース上にYステージ22が設けられている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of a two-dimensional measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. In this figure, reference numeral 1 indicates a base serving as a base of the apparatus, and 2 indicates an X stage. Show. A gate-shaped (“U” -shaped) sub-base 21 is provided on the base 1 so as to straddle the X-stage 2, and a Y-stage 22 is provided on the sub-base.

一方、上記した門形のサブベース21には、やはり、ボール循環形リニアガイド23A、23B、Y軸モータ24等が設けられており、これらボール循環形リニアガイドに案内されながら、上記Yステージ22は、Y軸モータ24に結合されたボールねじ25により駆動されてY軸方向に移動する。なお、このYステージ22は、上記Xステージ2に直交するように配設されている。   On the other hand, the above-mentioned portal-shaped sub-base 21 is also provided with ball circulation type linear guides 23A and 23B, a Y-axis motor 24, and the like. The Y stage 22 is guided by these ball circulation type linear guides. Is driven by a ball screw 25 coupled to a Y-axis motor 24 and moves in the Y-axis direction. The Y stage 22 is disposed so as to be orthogonal to the X stage 2.

この門形のサブベース21には、さらに、Zステージベース26が取り付けられている。なお、このZステージベース26には、Zステージ27が、X軸及びY軸に直交するように配設されている。そして、このZステージ27には検出器取付テーブル28が配設されており、被測定物の表面を検出する検出器であるテレビ顕微鏡29が、この検出器取付テーブル28に取り付けられている。   A Z stage base 26 is further attached to the gate-shaped sub-base 21. The Z stage base 26 is provided with a Z stage 27 so as to be orthogonal to the X axis and the Y axis. The Z stage 27 is provided with a detector mounting table 28, and a television microscope 29 that is a detector for detecting the surface of the object to be measured is mounted on the detector mounting table 28.

また、このベース1には、ボール循環形リニアガイド3A、3B、X軸モータ4、このX軸モータに結合されたボールねじ5が取り付けられ、これにより、上記Xステージ2は、ボール循環形リニアガイド3A、3Bに案内されながら、X軸モータ4に結合されたボールねじ5によって、X軸方向に駆動される。すなわち、本実施の形態では、上述したように、大形化に伴って非常な高価なものとなってしまう静圧空気軸受や、やはり高価なリニアモータに代え、比較的安価に構成することが出来る機構、例えば、電動モータとボール循環形リニアガイド、を採用することが可能になる。   The base 1 is provided with ball circulation type linear guides 3A and 3B, an X-axis motor 4, and a ball screw 5 coupled to the X-axis motor. It is driven in the X-axis direction by a ball screw 5 coupled to the X-axis motor 4 while being guided by the guides 3A and 3B. In other words, in the present embodiment, as described above, a static pressure air bearing that becomes very expensive with an increase in size or a linear motor that is also expensive can be configured at a relatively low cost. It is possible to employ a mechanism that can be used, for example, an electric motor and a ball circulation linear guide.

一方、上記Xステージ2の上面には、被測定物保持部6が取り付けられている。すなわち、この被測定物保持部6の上面には、被測定物である液晶基板や液晶表示素子が搭載して固定される。また、図にも示すように、上記被測定物保持部6のY軸方向端面(側面)には、被測定面とほぼ同じ高さ位置に、円形の反射鏡7a、7bが取り付けられている。さらに、これら反射鏡7a、7bに対向する上記ベース1上の位置には、X軸レーザ干渉計8a、8b及びレーザ管9(レーザ発振器)が取り付けられており、このレーザ管9から出射されたレーザ光はビームスプリッタ10、ミラー11a、11b(ハーフミラーを含む)を介して上記X軸レーザ干渉計8a、8bに入射される。これらのレーザ光は、これらX軸レーザ干渉計8a、8bを通って上記反射鏡7a、7bに入射して反射し、再び、上記X軸レーザ干渉計8a、8bに入り、そこでレーザ光の干渉を利用して上記Xステージ2のX軸方向における移動量が測定される。   On the other hand, a measured object holding unit 6 is attached to the upper surface of the X stage 2. That is, a liquid crystal substrate or a liquid crystal display element, which is a measurement object, is mounted and fixed on the upper surface of the measurement object holding unit 6. Further, as shown in the figure, circular reflecting mirrors 7a and 7b are attached to the end surface (side surface) in the Y-axis direction of the measured object holding portion 6 at substantially the same height as the measured surface. . Further, X-axis laser interferometers 8a and 8b and a laser tube 9 (laser oscillator) are attached at positions on the base 1 facing the reflecting mirrors 7a and 7b, and emitted from the laser tube 9. Laser light is incident on the X-axis laser interferometers 8a and 8b via the beam splitter 10 and mirrors 11a and 11b (including half mirrors). These laser beams pass through the X-axis laser interferometers 8a and 8b, enter the reflecting mirrors 7a and 7b, are reflected, enter the X-axis laser interferometers 8a and 8b again, and interfere with the laser beams there. Is used to measure the amount of movement of the X stage 2 in the X-axis direction.

加えて、上記被測定物保持部6のX軸方向端面(側面)には、被測定面とほぼ同じ高さ位置に、X軸と平行な平面12を有する横長形状の反射鏡である、X軸真直バー13が取り付けられている。そして、このX軸真直バー13に近接かつ対向して、例えば、三角測量方式のレーザ変位計14が取り付けられており、これにより、上記X軸と平行な平面12、換言すれば、上記Xステージ2のY軸方向における変位量を計測できる。すなわち、これによれば、上記X‐Yステージ2を比較的安価な駆動・案内機構を利用してX‐Y軸方向に移動する場合に発生する真直誤差、特に、XステージをX軸方向に移動する際のY軸方向での変位(変動)を高精度に計測できることとなる。   In addition, the X-axis direction end surface (side surface) of the object-to-be-measured holding unit 6 is a horizontally long reflecting mirror having a plane 12 parallel to the X axis at substantially the same height as the surface to be measured. A shaft straight bar 13 is attached. Further, for example, a triangulation type laser displacement meter 14 is attached in close proximity to and opposed to the X-axis straight bar 13, and thereby, the plane 12 parallel to the X-axis, in other words, the X-stage. 2 can be measured in the Y-axis direction. That is, according to this, the straight error generated when the XY stage 2 is moved in the XY axis direction by using a relatively inexpensive drive / guide mechanism, in particular, the X stage is moved in the X axis direction. The displacement (variation) in the Y-axis direction when moving can be measured with high accuracy.

さらに、上記Zステージベース26には検出器であるテレビ顕微鏡29にも、被測定面に近い位置に円形の反射鏡37が取り付けられており、一方、上記ベース1上における上記反射鏡37に対向した位置には、レーザ光がY軸に平行に出入射することが可能な高さ位置に、Y軸レーザ干渉計38が取り付けられている。具体的には、このY軸レーザ干渉計38は、上記した三角測量方式のレーザ変位計14の上部に配置されている。これによれば、上記レーザ管9から射出してビームスプリッタ10で分離されたレーザ光は、ミラー31a、31bを介してY軸レーザ干渉計37に入射する。その後、このレーザ光は、上記反射鏡37上に入射して反射し、再び、上記Y軸レーザ干渉計37に入り、そこでレーザ光の干渉を利用してY軸方向の移動量を測定する。なお、厳密には、上記Xステージ2はY軸方向には移動しないが、ここでは、テレビ顕微鏡29が、上記門形のサブベース21のZステージ27上でY軸方向に移動することから、上記Xステージ2のY軸方向における相対的な変位量を測定することとなる。   Furthermore, a circular reflecting mirror 37 is attached to the Z stage base 26 at a position close to the surface to be measured also on the television microscope 29 as a detector, while facing the reflecting mirror 37 on the base 1. At this position, a Y-axis laser interferometer 38 is attached at a height position where the laser beam can enter and exit in parallel with the Y-axis. Specifically, the Y-axis laser interferometer 38 is disposed above the triangulation laser displacement meter 14 described above. According to this, the laser light emitted from the laser tube 9 and separated by the beam splitter 10 enters the Y-axis laser interferometer 37 via the mirrors 31a and 31b. Thereafter, the laser beam is incident on the reflecting mirror 37 and reflected, and enters the Y-axis laser interferometer 37 again, where the amount of movement in the Y-axis direction is measured using the interference of the laser beam. Strictly speaking, the X stage 2 does not move in the Y-axis direction, but here the TV microscope 29 moves in the Y-axis direction on the Z stage 27 of the portal sub-base 21. The relative displacement amount in the Y-axis direction of the X stage 2 is measured.

さらに、上記門形のサブベース21の下面には、やはり上記被測定面に近い高さ位置に、Y軸に平行な平面42を有する横長形状の反射鏡である、Y軸真直バー43が配設されている。一方、このY軸に平行な平面42に近接、かつ、対向して、図に破線で示すように、レーザ変位計44(三角測量方式)が取り付けられている。これにより、上記Y軸と平行な平面42、換言すれば、上記Yステージ22でのX軸方向における(より具体的には、上記Y軸と平行な平面42と上記検出器取付テーブル28との間の)変位量を計測できる。すなわち、これによれば、上記Yステージ22を比較的安価な駆動・案内機構(具体的には、ボール循環形リニアガイド23A、23BやY軸モータ24等)を利用してY軸方向に移動する場合における真直誤差を計測できることとなる。   Further, a Y-axis straight bar 43, which is a horizontally long reflecting mirror having a plane 42 parallel to the Y-axis, is disposed on the lower surface of the gate-shaped sub-base 21 at a height position close to the surface to be measured. It is installed. On the other hand, a laser displacement meter 44 (triangulation method) is attached close to and opposite to the plane 42 parallel to the Y axis, as indicated by a broken line in the figure. Thereby, the plane 42 parallel to the Y axis, in other words, the X stage direction in the Y stage 22 (more specifically, the plane 42 parallel to the Y axis and the detector mounting table 28 The amount of displacement can be measured. That is, according to this, the Y stage 22 is moved in the Y-axis direction using a relatively inexpensive drive / guide mechanism (specifically, the ball circulation linear guides 23A, 23B, the Y-axis motor 24, etc.). In this case, the straightness error can be measured.

なお、上記のX軸方向及びY軸方向の移動動作は、図示しない制御装置からの指令に基づいて、上記X軸モータ4及びY軸モータ24を回転駆動する、これにより、その上面に被測定物である液晶基板や液晶表示素子を搭載固定した被測定物保持部6及びZステージベース26を移動させて、その被測定部分(基板上の精密パターンなど)をテレビ顕微鏡29の視野内に位置決めすることとなる。   The X-axis direction and Y-axis direction moving operations described above rotate and drive the X-axis motor 4 and the Y-axis motor 24 based on a command from a control device (not shown). The object-to-be-measured object holding unit 6 and the Z stage base 26 on which the liquid crystal substrate or the liquid crystal display element is mounted are moved, and the part to be measured (such as a precision pattern on the substrate) is positioned within the field of view of the television microscope 29. Will be.

次に、やはり図示しないフォーカス制御装置からの指令により、上記検出器取付テーブル28をZ軸方向に位置決めする。その際のZ軸方向の移動量は、被測定物であるガラス基板などの厚さの不均一(いわゆる、厚さむら)や反りに起因する数百μm程度であり、これは、例えば特願平10−186211号(特開2000−19415号公報)に示されるように、弾性案内により真直案内の再現精度が0.01μm程度の微動Zステージを使用して構成している。   Next, the detector mounting table 28 is positioned in the Z-axis direction according to a command from a focus control device (not shown). The amount of movement in the Z-axis direction at that time is about several hundred μm due to non-uniform thickness (so-called thickness unevenness) or warpage of a glass substrate or the like to be measured. As shown in Japanese Patent Laid-Open No. 10-186211 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-19415), a fine movement Z stage with a straight guide reproduction accuracy of about 0.01 μm is formed by elastic guidance.

このようにしてテレビ顕微鏡29の視野内において位置決めして合焦点状態で得られた画像を、図示しない画像処理装置及びコンピュータにより処理し、画面内の被測定点の位置や微細なパターンの寸法などを算出することとなる。そして、この時、上記ステージのX‐Y軸方向の移動に伴って行われる移動量(寸法)の測定については、以下の様にして行われる。   In this way, the image obtained by positioning in the visual field of the television microscope 29 and obtained in a focused state is processed by an image processing apparatus and a computer (not shown), and the position of the measurement point in the screen, the size of the fine pattern, etc. Will be calculated. At this time, the measurement of the movement amount (dimension) performed in accordance with the movement of the stage in the XY axis direction is performed as follows.

添付の図2のフローチャートに示すように、まず、上記したレーザ干渉計8a、8bで検出したステージのX軸方向の移動量(例えば、X軸上での2点間の距離)と、上記レーザ干渉計38で検出したY軸の位置とから、そのY軸上の位置での上記テレビ顕微鏡29のX軸方向における移動量(寸法測定)をコンピュータにより算出する(ステップS1)。この時、ステージのX軸方向の移動に伴って、ヨーイングやローリングなどの影響により、数μm程度、Y軸方向でのずれ(真直誤差)が生じる。しかしながら、このY軸方向での真直誤差は、上記レーザ変位計14により検出されており、そこで、この検出した誤差(ずれ)量を上記コンピュータに送付する(ステップS2)。これにより、コンピュータは、上記誤差(ずれ)量を補正してステージのX軸方向の移動量を算出する(ステップS3)。   As shown in the attached flowchart of FIG. 2, first, the amount of movement of the stage in the X-axis direction (for example, the distance between two points on the X-axis) detected by the laser interferometers 8a and 8b, and the laser From the position of the Y axis detected by the interferometer 38, the amount of movement (dimension measurement) in the X axis direction of the television microscope 29 at the position on the Y axis is calculated by a computer (step S1). At this time, with the movement of the stage in the X-axis direction, a deviation (straight error) in the Y-axis direction occurs by about several μm due to the influence of yawing or rolling. However, the straightness error in the Y-axis direction is detected by the laser displacement meter 14, and the detected error (deviation) amount is sent to the computer (step S2). Thus, the computer corrects the error (deviation) amount and calculates the amount of movement of the stage in the X-axis direction (step S3).

次に、Y軸方向での移動量(寸法測定)は、上記Y軸レーザ干渉計38により検出されるY軸方向の移動量としてコンピュータにより算出する(ステップS4)。この時、ステージのY軸方向の移動に伴って、やはりヨーイングやローリングなどの影響により、数μm程度、X軸方向でのずれ(真直誤差)が生じる。しかしながら、このX軸方向での真直誤差は、上記レーザ変位計44により検出されており、そこで、この検出した誤差(ずれ)量を上記コンピュータに送付する(ステップS5)。これにより、コンピュータは、上記誤差(ずれ)量を補正してステージのY軸方向の移動量を算出する(ステップS6)。   Next, the amount of movement (dimension measurement) in the Y-axis direction is calculated by the computer as the amount of movement in the Y-axis direction detected by the Y-axis laser interferometer 38 (step S4). At this time, with the movement of the stage in the Y-axis direction, a deviation (straight error) in the X-axis direction of about several μm occurs due to the influence of yawing or rolling. However, the straightness error in the X-axis direction is detected by the laser displacement meter 44, and the detected error (deviation) amount is sent to the computer (step S5). As a result, the computer corrects the error (deviation) amount and calculates the amount of movement of the stage in the Y-axis direction (step S6).

なお、上記の実施の形態になる測定装置で使用されたレーザ変位計は、所謂、三角測量方式の変位計であり、温度変化が0.1℃以内のサーマルチャンバー内では、0.05μm以内の測定再現精度を有している。そのため、上記のようにして算出されたX‐Yステージの移動量と、先に算出した上記テレビ顕微鏡29の視野内における測定点の位置とに基づけば、被測定物である上記基板上に形成された精密パターンの寸法をコンピュータによって0.1μm以内の再現精度で測定することが可能となる。   The laser displacement meter used in the measuring apparatus according to the above embodiment is a so-called triangulation type displacement meter, and within a thermal chamber with a temperature change within 0.1 ° C., it is within 0.05 μm. Has measurement reproducibility accuracy. Therefore, based on the movement amount of the XY stage calculated as described above and the position of the measurement point in the field of view of the television microscope 29 calculated above, it is formed on the substrate as the object to be measured. It becomes possible to measure the dimension of the precision pattern thus obtained with a reproducibility within 0.1 μm by a computer.

ここで、上記の実施の形態になる測定装置では、互いに近接、かつ、対向して配置された、レーザ変位計14とX軸真直バー14の間の距離、及び、レーザ変位計44とX軸真直バー44の間の距離は、8mmであった。この距離は、例えば、上記図4により示した従来の測定装置におけるレーザ干渉計108aと平面鏡107aとの間の距離、レーザ干渉計108bと平面鏡107bとの間の距離(1200mm程度)と比較して、1/100以下、多く見積もっても1/10以下になっており、これにより、温度差による測定距離の誤差への影響を1/10以下に低減することが可能になる。なお、上記の距離は、8mmに限定することなく、求められる誤差許容度により、数mm〜数十mmの範囲で、適宜、設定することとが可能である。   Here, in the measurement apparatus according to the above-described embodiment, the distance between the laser displacement meter 14 and the X-axis straight bar 14 and the laser displacement meter 44 and the X-axis, which are disposed close to and opposed to each other. The distance between the straight bars 44 was 8 mm. This distance is, for example, compared with the distance between the laser interferometer 108a and the plane mirror 107a and the distance between the laser interferometer 108b and the plane mirror 107b (about 1200 mm) in the conventional measuring apparatus shown in FIG. 1/100 or less, which is estimated to be 1/10 or less, which makes it possible to reduce the influence of the temperature difference on the measurement distance error to 1/10 or less. The above distance is not limited to 8 mm, and can be appropriately set within a range of several mm to several tens mm depending on the required error tolerance.

以上に述べた如く、本発明の上記の実施の形態になる測定装置によれば、装置のX‐Yステージを移動する際に生じる真直再現誤差を非常に高い精度で補正することが出来ることから、上記した従来技術で述べた静圧空気軸受のような高価な案内駆動系を使用することなく、低価格なボール循環形リニアガイドやモータを用いても、二次元(X‐Y軸方向)における高精度な測定が可能になる。   As described above, according to the measuring apparatus according to the above-described embodiment of the present invention, it is possible to correct a straight reproduction error generated when moving the XY stage of the apparatus with very high accuracy. Even without using an expensive guide drive system such as the hydrostatic air bearing described in the above-mentioned prior art, two-dimensional (XY axis direction) can be used even with a low-cost ball circulation linear guide or motor. High-accuracy measurement is possible.

なお、上記に述べた実施の形態になる測定装置では、X‐Y軸方向でのステージ移動の真直誤差(真直度)を測定・検出して補正するため、上記の三角測量方式のレーザ変位計を用いるものとして説明を行ったが、しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、これに代えて、例えば、上記においてX‐Y軸方向のステージの移動量を測定・検出するために用いた小形のレーザ干渉計や静電容量型の変位計など、高精度な比較測定の可能な変位計を用いることも可能である。   In the measurement apparatus according to the embodiment described above, the above-described triangulation laser displacement meter is used to measure and detect and correct the straightness error (straightness) of the stage movement in the XY axis direction. However, the present invention is not limited to this. Instead, for example, in the above, it is used for measuring and detecting the amount of movement of the stage in the XY axis direction. It is also possible to use a displacement meter capable of high-precision comparative measurement, such as a small laser interferometer or a capacitance displacement meter.

本発明の一実施の形態になる二次元測定装置の構成を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the structure of the two-dimensional measuring apparatus which becomes one embodiment of this invention. 上記本発明の二次元測定装置における移動量(寸法)の測定動作を説明するためのフローチャート図である。It is a flowchart for demonstrating the measurement operation | movement of the movement amount (dimension) in the two-dimensional measuring apparatus of the said invention. 従来技術になる二次元測定装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the two-dimensional measuring apparatus used as a prior art. 従来技術になる二次元測定装置の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the two-dimensional measuring apparatus used as a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 ベース
2 Xステージ
21 サブベース
22 Yステージ
3A、3B、23A、23B ボール循環形リニアガイド
4、24 モータ
25 ボールねじ
26 Zステージベース
27 Zステージ
29 (検出器)テレビ顕微鏡
6 被測定物保持部
7a、7b 反射鏡
8a、8b X軸レーザ干渉計
9 レーザ管(レーザ発振器)
13、43 X軸、Y軸真直バー
14、44 三角測量方式レーザ変位計

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base 2 X stage 21 Sub base 22 Y stage 3A, 3B, 23A, 23B Ball circulation type linear guide 4, 24 Motor 25 Ball screw 26 Z stage base 27 Z stage 29 (Detector) Television microscope 6 DUT 7a, 7b Reflector 8a, 8b X-axis laser interferometer 9 Laser tube (laser oscillator)
13, 43 X-axis, Y-axis straight bar 14, 44 Triangulation laser displacement meter

Claims (4)

べ一スと、前記べ一ス上に配置されてその上面に被測定物を載置する被測定物保持部と、前記被測定物保持部を第1の軸方向に移動可能な第1のステージと、前記第1のステージを上記第1の軸方向に案内駆動する第1の軸案内駆動手段と、前記第1のステージの上方に取り付けられた画像検出手段とを備え、前記画像検出手段により検出した画像信号から前記被測定物の位置を測定する位置測定装置において、前記被測定物保持部の第1軸方向の側面に上記第1のステージの第1の軸方向の移動時の上記第1のステージの真直変動を検出する手段を設け、かつ前記画像検出手段により検出した画像信号を前記真直変動検出手段から得られる信号で補正することを特徴とする被測定物の位置測定装置。 A base, a measured object holding part disposed on the base and placing a measured object on the upper surface, and a first movable object that can move the measured object holding part in a first axial direction A first axis guide driving means for guiding and driving the first stage in the first axial direction; and an image detecting means mounted above the first stage, the image detecting means. In the position measuring apparatus for measuring the position of the object to be measured from the image signal detected by the above, the first stage moves in the first axial direction on the side surface in the first axial direction of the object holding part. An apparatus for measuring a position of an object to be measured, comprising: means for detecting a straight fluctuation of the first stage; and correcting an image signal detected by the image detecting means with a signal obtained from the straight fluctuation detecting means. 請求項1に記載の位置測定装置において、さらに、前記べ一ス上に、前記第1のステージを跨いでそれと直交する方向に移動可能な第2のステージを設けると共に、前記画像検出手段を当該第2のステージ上に取り付けられている位置測定装置。 2. The position measurement apparatus according to claim 1, further comprising: a second stage that is movable across the first stage in a direction perpendicular to the first stage on the base; A position measuring device mounted on the second stage. 請求項1に記載の位置測定装置において、前記真直変動検出手段は、前記被測定物保持部の前記第1の軸方向の側面に取り付けられた平面鏡と、当該平面鏡の反射面に近接・対向して設けられたレーザ干渉計とから構成されている位置測定装置。 The position measurement apparatus according to claim 1, wherein the straightness variation detecting unit is adjacent to and opposed to a plane mirror attached to a side surface in the first axial direction of the measurement object holding unit and a reflection surface of the plane mirror. And a laser interferometer provided. 請求項1に記載の位置測定装置において、前記第1のステージと前記被測定物保持部との間には、さらに、前記被測定物を回転可能な回転ステージを設けてなる位置測定装置。

The position measuring apparatus according to claim 1, further comprising a rotation stage capable of rotating the object to be measured between the first stage and the object holding part.

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