JP2007192547A - Xy stage - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ミラーを搭載したスライダ部をプラテン上で2次元的に位置決め制御するXYステージに関するものである。 The present invention relates to an XY stage that two-dimensionally controls a slider portion on which a mirror is mounted on a platen.
プラテン上で2次元方向に位置制御されるスライダ部の位置を、固定配置されたレーザ干渉計とこのレーザ干渉計の照射ビームを反射するライダ部に搭載されたバーミラーを用いて検出するXYステージは、特許文献1に開示されている。
An XY stage that detects the position of a slider unit whose position is controlled in a two-dimensional direction on a platen using a laser interferometer fixedly arranged and a bar mirror mounted on a lidar unit that reflects an irradiation beam of the laser interferometer is
図5は、従来のXYステージの構成例を示す機能ブロック図である。1は四辺形のプラテン、2はこのプラテン上で2次元方向に位置制御される四辺形のスライダ部である。図は、実線で示すスライダ部2がプラテンの左下部に位置制御された状態を示す。
FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration example of a conventional XY stage.
2a及び2bは、スライダ部2のY軸方向及びX軸方向で隣り合う2辺に搭載されたバーミラーである。31は、バーミラー2aと対峙するプラテン1のY軸方向の1辺1a側に固定配置されたレーザ干渉計である。41及び42は、バーミラー2bと対峙するプラテン1のX軸方向の1辺1b側に固定配置された一対のレーザ干渉計である。
レーザ干渉計31は、Y軸方向のバーミラー2aに対してX軸方向にレーザビームBxを照射し、その反射ビームを入力してスライダ部2のX軸方向の位置(基準点からの距離)を測定する。
The
レーザ干渉計41及び51は、X軸方向のバーミラー2bに対して所定距離を隔ててY軸方向にレーザビームBy1,By2を照射し、その反射ビームを入力してスライダ部2のY軸方向の位置(基準点からの距離)及びZ軸回転角を測定する。Z軸回転角の測定原理及び補正制御については特許文献2に詳細が開示されている。
The
レーザ干渉計を用いたスライダ部の位置制御では、バーミラーからの反射ビームをX軸(又はY軸)方向で1本、Y軸(又はX軸)方向で2本をレーザ干渉計に入力する必要があり、スライダ部2が矢印Q方向に、点線2´で示すようにプラテン1の右上部に移動した場合でも、この条件を満足する必要がある。
In the position control of the slider unit using a laser interferometer, it is necessary to input one reflected beam from the bar mirror in the X axis (or Y axis) direction and two in the Y axis (or X axis) direction to the laser interferometer. Even when the
従って、スライダ部2は、搭載するバーミラーからの反射ビームが外れる直前位置までが移動制御の限界であり、スライダ部2の移動範囲は、搭載されるバーミラー2a,2bのサイズにより制限を受ける。
Accordingly, the
スライダ部2を、搭載されるバーミラーのサイズを超えてプラテン1上で位置制御するためには、プラテン1のY軸方向の1辺1a側に所定間隔で複数のレーザ干渉計31,32,33…を固定配置すると共に、バーミラー2bと対峙するプラテン1のX軸方向の1辺1b側に複数対のレーザ干渉計41及び42,43及び44,45及び46…の対を固定配し、スライダ部2の移動位置に応じてこれらレーザ干渉計を順次切り換える必要がある。
In order to control the position of the
5はXYステージ制御装置であり、同期位置検出手段51、スライダ部位置制御手段52、切換手段53、前処理演算手段54の機能を備える。同期位置検出手段51は、定周期で全てのレーザ干渉計によりスライダ部2のX方向及びY方向2軸の位置測定を同期して実行し、測定データDをスライダ部位置制御手段52、切換手段53、補正演算手段54に渡す。
切換手段53は、スライダ部の位置情報に対応して使用するレーザ干渉計の情報を予め保持しており、同期位置検出手段51からの測定データDを取得してレーザ干渉計の切換え指令Eをスライダ部位置制御手段52に渡す。 The switching means 53 holds in advance information on the laser interferometer to be used corresponding to the position information of the slider portion, acquires the measurement data D from the synchronous position detection means 51, and issues a laser interferometer switching command E. This is transferred to the slider position control means 52.
前処理演算手段54は、スライダ部2の移動に伴ない、1つのレーザ干渉計から他のレーザ干渉計に切り換える過渡状態において、切換え前のレーザ干渉計の直前測定データを切換え先のレーザ干渉計の初期値とする演算を実行し、演算データFをスライダ部位置制御手段52に渡す。
The pre-processing calculation means 54, in a transient state where one laser interferometer is switched to another laser interferometer as the
特許文献1には、スライダ部の発熱要因を最小限にするとともに、ケーブル処理をシンプル化するようにしたXYステージが記載されている。
特許文献2には、対象物の2次元位置を位置決めするXYステージが記載されている。
複数のレーザ干渉計を切り換える方式では、位置検出値に誤差が発生する。この誤差は、補正演算等で少なくすることが可能であるが、切り換え動作を行うたびに累積されるため大きな誤差となる。 In the method of switching a plurality of laser interferometers, an error occurs in the position detection value. Although this error can be reduced by a correction calculation or the like, it becomes a large error because it is accumulated every time the switching operation is performed.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、スライダ部が、搭載されたミラーのサイズを超えてプラテン上を移動する場合でも、複数のレーザ干渉計を切り換える必要がないXYステージを実現することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and there is no need to switch a plurality of laser interferometers even when the slider portion moves on the platen beyond the size of the mounted mirror. The purpose is to realize the stage.
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
(1)ミラーを搭載したスライダ部をプラテン上で2次元的に位置決め制御するXYステージにおいて、
前記プラテンの一辺に沿って移動するマザーステージと、
前記プラテンの所定位置を基準点とした前記マザーステージの位置である第1位置を計測する計測手段と、
このマザーステージに搭載され、前記スライダ部のミラーに照射したレーザ光の反射光を受光し、前記マザーステージを基準点とした前記スライダ部の位置である第2位置を計測するレーザ干渉計と、
を備えることを特徴とするXYステージ。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) In an XY stage that controls the two-dimensional positioning of the slider portion on which the mirror is mounted on the platen,
A mother stage that moves along one side of the platen;
Measuring means for measuring a first position which is a position of the mother stage with a predetermined position of the platen as a reference point;
A laser interferometer mounted on the mother stage, receiving reflected light of the laser beam irradiated on the mirror of the slider unit, and measuring a second position, which is the position of the slider unit with the mother stage as a reference point;
An XY stage characterized by comprising:
(2)前記第1位置の計測値と前記第2位置の計測値とを加算し、前記スライダ部の前記プラテン上の位置を算出する加算手段を備えることを特徴とする(1)に記載のXYステージ。 (2) The measuring apparatus according to (1), further including an adding unit that adds the measurement value of the first position and the measurement value of the second position to calculate the position of the slider portion on the platen. XY stage.
(3)前記プラテンは向かい合う辺を持つ形状になっていて、
前記マザーステージは、前記向かい合う辺に沿って一対が対向配置されていることを特徴とする(1)又は(2)に記載のXYステージ。
(3) The platen has a shape with opposite sides,
The XY stage according to (1) or (2), wherein a pair of the mother stages are arranged to face each other along the facing sides.
(4)前記マザーステージはミラーを備え、固定配置されたレーザ干渉計から照射されるレーザ光の反射光により前記第1位置が計測されることを特徴とする(1)乃至(3)のいずれかに記載のXYステージ。 (4) The mother stage includes a mirror, and the first position is measured by reflected light of a laser beam emitted from a fixedly arranged laser interferometer. XY stage described in crab.
(5)前記プラテンのバイアス磁石の吸引力に抗して空気軸受けにより浮上している前記スライダ部への前記空気軸受け用の供給空気圧を、真空に切り換える緊急停止手段を備えることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載のXYステージ。 (5) Equipped with an emergency stop means for switching the air pressure supplied for the air bearing to the slider portion floating by the air bearing against the attractive force of the bias magnet of the platen to vacuum ( The XY stage according to any one of 1) to (4).
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、スライダ部が、搭載されたミラーのサイズを超えてプラテン上を移動する場合でも、複数のレーザ干渉計を切り換える必要がないので、切り換えによって発生する位置検出誤差の累積が本質的に発生しないXYステージを実現することができる。 As is apparent from the above description, according to the present invention, even when the slider part moves on the platen beyond the size of the mounted mirror, it is not necessary to switch between a plurality of laser interferometers. Thus, it is possible to realize an XY stage in which the accumulation of position detection errors caused by is essentially not generated.
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図1は本発明を適用したXYステージの一実施形態を示す機能ブロック図である。100はマザーステージであり、プラテン(図示されていない)の一辺に沿って移動するマザーステージであり、適当な計測手段により、プラテンの所定位置を基準点としたマザーステージの位置である第1位置が計測される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of an XY stage to which the present invention is applied.
200はスライダ部であり、前記マザーステージ100に備えられたレーザ干渉計により、前記マザーステージ100を基準点とした前記スライダ部200の位置である第2位置が計測される。
マザーステージ100は、プラテンのY軸方向に平行に配置されたバーミラー100a及びX軸方向に平行に配置されたバーミラー100bを備えている。301及び302は、固定配置されたレーザ干渉計であり、バーミラー100aに照射したレーザ光の反射光を受光し、プラテンの所定位置を基準点としたマザーステージ100のX軸方向の位置及びZ軸回転角を計測する。
The
400は、同じく固定配置されたレーザ干渉計であり、バーミラー100bに照射したレーザ光の反射光を受光し、プラテンの所定位置を基準点としたマザーステージ100のY軸方向の位置を計測する。
Similarly, 400 is a laser interferometer that is fixedly arranged and receives the reflected light of the laser beam irradiated on the
これらレーザ干渉計301,302,400による測定値は、第1位置計測手段701に入力され、プラテンの所定位置を基準点としたマザーステージ100の第1位置P1が計測される。
The measurement values obtained by the laser interferometers 301, 302, and 400 are input to the first
スライダ部200は、プラテンのY軸方向に平行に配置されたバーミラー200a及びX軸方向に平行に配置されたバーミラー200bを備えている。501及び502は、マザーステージ100に固定配置されたレーザ干渉計であり、バーミラー200aに照射したレーザ光の反射光を受光し、マザーステージ100を基準点としたスライダ部200のX軸方向の位置及びZ軸回転角を計測する。
The
600は、同じく固定配置されたレーザ干渉計であり、バーミラー200bに照射したレーザ光の反射光を受光し、マザーステージ100を基準点としたスライダ部200のY軸方向の位置を計測する。
Reference numeral 600 denotes a laser interferometer that is also fixedly arranged, and receives the reflected light of the laser light applied to the bar mirror 200b, and measures the position of the
これらレーザ干渉計501,502,600による測定値は、第2位置計測手段702に入力され、マザーステージ100を基準点としたスライダ部200の第2位置P2が計測される。
The measurement values obtained by these
703は加算手段であり、第1位置計測手段701の第1位置計測値P1と第2位置計測手段702の第1位置計測値P2を入力し、これらを加算することにより算出される、プラテンの所定位置を基準点としたスライダ部200の位置計測値P3を出力する。
簡単のため、マザーステージ100がX軸を矢印Q方向に、点線100´で示す位置に移動する動きを図1で説明する。マザーステージ100のバーミラー100bは、X軸方向に所定の長さを持っていて、実線で示す左端位置から鎖線で示す100b´の右端位置に移動するまでレーザ干渉計400からのレーザ光を反射し、切り換えなしてY軸方向の第1位置を計測する。
For simplicity, the movement of the
マザーステージ100がY軸方向に移動する場合であっても、マザーステージ100のバーミラー100aを所定長に設計することで、マザーステージ100が下端位置から上端位置に移動するまで、レーザ干渉計301及び302からのレーザ光を反射し、切り換えなしてX軸方向の第1位置及びZ軸回転角を計測する。
Even when the
マザーステージ100とスライダ部200の相対位置関係は、100´と200´に示されるように、スライダ部200のバーミラー200a及び200bのサイズの範囲でレーザ干渉計501,502及び600により第2位置が計測されるので、レーザ干渉計の切り換えはない。
The relative position relationship between the
図2は、本発明の他の実施形態を示す平面図である。この実施形態では、共通のプラテンの向かい合う辺に沿って一対の対向配置されたマザーステージが移動し、夫々のマザーステージにスライダ部が配置さる、2スライダ部構成となっている。 FIG. 2 is a plan view showing another embodiment of the present invention. This embodiment has a two-slider configuration in which a pair of opposed mother stages move along opposite sides of a common platen, and a slider unit is arranged on each mother stage.
プラテン800は、四辺形の対角点を所定の角度(45度)で切り欠いた多角形(6角形)の形状を持ち、切り欠いた対向辺800a及び800bに沿ってマザーステージ110及び120が対向し、移動可能に配置されている。
The
マザーステージ110及び120において、110a及び120aは、辺800a及び800bに直交する方向に設置されたバーミラーであり、夫々レーザ干渉計311,312及び321,322からのレーザ光を反射し、辺800a及び800bに平行方向の第1位置が計測される。
In the mother stages 110 and 120, 110a and 120a are bar mirrors installed in a direction orthogonal to the
マザーステージ110及び120において、110b及び120bは、辺800a及び800bに平行方向に設置されたバーミラーであり、夫々レーザ干渉計410及び420からのレーザ光を反射し、辺800a及び800bに直交する方向の第1位置が計測される。
In the mother stages 110 and 120, 110b and 120b are bar mirrors installed in parallel to the
マザーステージ110は、プラテン800のY軸方向に平行な支持部材110c及びX軸方向に平行な支持部材110dを有する。支持部材110cに配置されたレーザ干渉計511及び512は、スライダ部210のY軸方向に平行なバーミラー210aへレーザ光を照射して反射光を受光し、スライダ部210のX方向の第2位置とZ軸回転角を計測する。
The
支持部材110dに配置されたレーザ干渉計610は、スライダ部210のX軸方向に平行なバーミラー210bへレーザ光を照射して反射光を受光し、スライダ部210のY方向の第2位置を計測する。
The
マザーステージ120は、プラテン800のY軸方向に平行な支持部材120c及びX軸方向に平行な支持部材120dを有する。支持部材120cに配置されたレーザ干渉計521及び522は、スライダ部220のY軸方向に平行なバーミラー220aへレーザ光を照射して反射光を受光し、スライダ部220のX方向の第2位置とZ軸回転角を計測する。
The mother stage 120 includes a support member 120c parallel to the Y-axis direction of the
支持部材120dに配置されたレーザ干渉計620は、スライダ部220のX軸方向に平行なバーミラー220bへレーザ光を照射して反射光を受光し、スライダ部220のY方向の第2位置を計測する。
The
図示されていないが、マザーステージ110の第1位置及びスライダ部210の第2位置の計測値は、図1に示すように加算手段で加算され、スライダ部210のプラテン800上の位置が計測される。同様に、マザーステージ120の第1位置及びスライダ部220の第2位置の計測値も加算手段で加算され、スライダ部220のプラテン800上の位置が計測される。
Although not shown, the measured values of the first position of the
図2の実施形態では、マザーステージ110は、辺800a上部に配置され、スライダ部210は、プラテン800の上部でX軸方向に位置制御されて所定の作業を実行する。図の状態は、スライダ部210がマザーステージ110に最も近接した状態を示す。
In the embodiment of FIG. 2, the
図2の実施形態では、マザーステージ120は、辺800b下部に配置され、スライダ部220は、プラテン800の下部でX軸方向に位置制御される。図の状態は、スライダ部220がマザーステージ120に最も離れた状態を示す。
In the embodiment of FIG. 2, the mother stage 120 is disposed below the
図3は、これらマザーステージとスライダ部の作業位置を入れ替える、スワップ動作を実行する場合の移動操作途中の遷移図である。スワップ動作中は、スライダ部210及びがスライダ部220は、夫々マザーステージ110及び120に最も近接した状態に位置制御され、すれ違い時の衝突を回避している。
FIG. 3 is a transition diagram in the middle of a moving operation in the case of performing a swap operation in which the work positions of the mother stage and the slider unit are switched. During the swap operation, the
図2の実施形態では、マザーステージ110及び120の第1位置を計測する手段としてレーザ干渉計を例示したが、これに限定されるものではなく、各種の距離計や位置検出器を用いることができる。 In the embodiment of FIG. 2, the laser interferometer is illustrated as a means for measuring the first positions of the mother stages 110 and 120, but the present invention is not limited to this, and various distance meters and position detectors may be used. it can.
図4は、本発明の更に他の実施形態を示す平面図である。この実施形態の特徴は、リニアスケールと容量式距離センサを組み合わせにより、第1位置計測手段を実現させた点にある。尚、三角測量型距離計等も組み合わせて使用することができる。 FIG. 4 is a plan view showing still another embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that the first position measuring means is realized by combining a linear scale and a capacitive distance sensor. A triangulation type distance meter or the like can also be used in combination.
マザーステージ110は、辺800aに平行に配置されたリニアスケール910に係合して移動すると共に、移動途中の第1位置がリニアスケール910で計測される。マザーステージ110がリニアスケール910の下端部に移動した場合には、下端部の第1位置及びZ軸方向回転角が容量センサC11,C12,C13により高精度で計測される。
The
マザーステージ110がリニアスケール910の上端部に移動した場合には、上端部の第1位置及びZ軸方向回転角が容量センサC13,C14,C15により高精度で計測される。
When the
同様に、マザーステージ120は、辺800bに平行に配置されたリニアスケール920に係合して移動すると共に、移動途中の第1位置がリニアスケール920で計測される。マザーステージ120がリニアスケール920の下端部に移動した場合には、下端部の第1位置及びZ軸方向回転角が容量センサC21,C22,C23により高精度で計測される。
Similarly, the mother stage 120 engages and moves with the linear scale 920 arranged in parallel with the
マザーステージ120がリニアスケール920の上端部に移動した場合には、上端部の第1位置及びZ軸方向回転角が容量センサC23,C24,C25により高精度で計測される。 When the mother stage 120 moves to the upper end portion of the linear scale 920, the first position of the upper end portion and the rotation angle in the Z-axis direction are measured with high accuracy by the capacitance sensors C23, C24, and C25.
本発明を、図2及び図4に示すように、複数スライダ部を共通プラテン上で位置制御するXYステージに適用する場合には、スライダ部同士の衝突やスライダ部とマザーステージとの衝突を回避する設計及び異常接近の場合の緊急停止機能を備える必要がある。 As shown in FIGS. 2 and 4, when the present invention is applied to an XY stage that controls the position of a plurality of slider portions on a common platen, the collision between the slider portions and the collision between the slider portion and the mother stage are avoided. It is necessary to have an emergency stop function in case of abnormal design and design.
XYステージのスライダ部は、プラテンのバイアス磁石の吸引力に抗して空気軸受けにより浮上している。スライダ部への空気軸受け用の供給空気圧を停止すれば、プラテンのバイアス磁石の吸引力で停止させることができるが、空気が抜けて停止までに数10ミリ秒を要し、緊急停止ができない。 The slider portion of the XY stage is levitated by an air bearing against the attractive force of the bias magnet of the platen. If the supply air pressure for the air bearing to the slider portion is stopped, it can be stopped by the attractive force of the bias magnet of the platen, but it takes several tens of milliseconds for the air to escape and stop, and an emergency stop cannot be performed.
そこで、スライダ部への前記空気軸受け用の空気圧を供給しているエアホースを切り換えて真空で引くことで瞬時の緊急停止が可能となる。この場合には、スライダ部底部に形成されている大気開放溝も真空に引くことで緊急停止効果を更に高めることがができる。 Therefore, an instantaneous emergency stop is possible by switching the air hose that supplies the air bearing air pressure to the slider and pulling it in a vacuum. In this case, the emergency stop effect can be further enhanced by evacuating the air release groove formed at the bottom of the slider.
100 マザーステージ
100a バーミラー
100b バーミラー
200 スライダ部
200a バーミラー
200b バーミラー
301,302 レーザ干渉計
400 レーザ干渉計
501,502 レーザ干渉計
600 レーザ干渉計
701 第1位置計測手段
702 第2位置計測手段
703 加算手段
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記プラテンの一辺に沿って移動するマザーステージと、
前記プラテンの所定位置を基準点とした前記マザーステージの位置である第1位置を計測する計測手段と、
このマザーステージに搭載され、前記スライダ部のミラーに照射したレーザ光の反射光を受光し、前記マザーステージを基準点とした前記スライダ部の位置である第2位置を計測するレーザ干渉計と、
を備えることを特徴とするXYステージ。 In an XY stage that controls the positioning of a slider portion mounted with a mirror two-dimensionally on a platen,
A mother stage that moves along one side of the platen;
Measuring means for measuring a first position which is a position of the mother stage with a predetermined position of the platen as a reference point;
A laser interferometer mounted on the mother stage, receiving reflected light of the laser beam irradiated on the mirror of the slider unit, and measuring a second position, which is the position of the slider unit with the mother stage as a reference point;
An XY stage characterized by comprising:
前記マザーステージは、前記向かい合う辺に沿って一対が対向配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のXYステージ。 The platen has a shape with opposing sides,
3. The XY stage according to claim 1, wherein a pair of the mother stages are arranged to face each other along the facing sides.
2. An emergency stop means for switching a supply air pressure for the air bearing to the slider portion that is levitated by an air bearing against a suction force of a bias magnet of the platen to vacuum. 4. The XY stage according to any one of 4.
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