JPH05107042A - 回折格子による位置検出方法及び装置 - Google Patents
回折格子による位置検出方法及び装置Info
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- JPH05107042A JPH05107042A JP26774591A JP26774591A JPH05107042A JP H05107042 A JPH05107042 A JP H05107042A JP 26774591 A JP26774591 A JP 26774591A JP 26774591 A JP26774591 A JP 26774591A JP H05107042 A JPH05107042 A JP H05107042A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回折格子を用いて高精度の位置検出や位置合
わせ、補正を行なうものである。 【構成】 対象物上の回折格子3にて反射した±1次の
反射回折光のうち一方を4分割光電センサ10にて受光
して各受光面の光量を得て、その光量を演算して回転角
を得ることができ、位置誤差補正ができ、また、±1次
の反射回折光の双方から干渉信号228を得ると共に光
源1の基準ビート信号229を得て、これら信号の位相
から平行移動量を得る。
わせ、補正を行なうものである。 【構成】 対象物上の回折格子3にて反射した±1次の
反射回折光のうち一方を4分割光電センサ10にて受光
して各受光面の光量を得て、その光量を演算して回転角
を得ることができ、位置誤差補正ができ、また、±1次
の反射回折光の双方から干渉信号228を得ると共に光
源1の基準ビート信号229を得て、これら信号の位相
から平行移動量を得る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回折格子による回転位
置や移動位置の検出方法ならびに検出装置に関する。
置や移動位置の検出方法ならびに検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6、図7は、半導体製造装置で現在使
用されている位置合せ方法に係る概念図と対象物表面に
形成した回折格子の配置状態図である。図6の構成に係
る位置合せ方法では、対象物17の表面上に形成された
X軸方向及びY軸方向の互いに直行する軸をもつ位置合
わせ用回折格子114a,114b,114c,114
dと、マスク13の表面に形成した位置合わせ用回折格
子113とを用いる。
用されている位置合せ方法に係る概念図と対象物表面に
形成した回折格子の配置状態図である。図6の構成に係
る位置合せ方法では、対象物17の表面上に形成された
X軸方向及びY軸方向の互いに直行する軸をもつ位置合
わせ用回折格子114a,114b,114c,114
dと、マスク13の表面に形成した位置合わせ用回折格
子113とを用いる。
【0003】位置合せ方法は次の如くなる。まず、位置
合せ用光源11から出射した光をビームスプリッタ12
にて分割し、一方の分割光は偏光子111を通過後光電
センサ112で基準ビート信号を発生する。他方の分割
光は、マスク13上に形成された位置合わせ用回折格子
113を上方より照射し、ここで±の1次反射回折光1
4,15を発生させて投影レンズ16へ入射し、その後
対象物17の表面上に形成された位置合わせ用回折格子
114上にて結像する。この結果、発生した0次反射回
折光を投影レンズ16の光軸に通し、ビームスプリッタ
18で偏光子19に向って反射させ、光電センサ110
でマスク13及び対象物17の相対位置情報を位相情報
として有する測定用ビート信号を発生する。以上のよう
にして検出した基準ビート信号及び測定用ビート信号の
両者の位相差を検出し、この位相差がマスク13と対象
物17との相互の例えば回転角度位置に係るので、その
位相差を検出すればマスク13に対する対象物17の回
転位置が判明し、位置合せ時には常に一定の値となるよ
うにマスク13と対象物17との両者の相対的な位置を
調整することにより、最終的な位置合わせを完了する。
この場合、位置合わせは、図7に示す対象物17の4個
所に形成された各位置合わせ用回折格子114a,11
4b,114c,114dにつき行なわれる。こうし
て、マスク13及び対象物17におけるX−Y面内にお
ける回転角の補正を行なうことができ、またX軸、Y軸
の直進方向の補正をも行なうことが可能となる。
合せ用光源11から出射した光をビームスプリッタ12
にて分割し、一方の分割光は偏光子111を通過後光電
センサ112で基準ビート信号を発生する。他方の分割
光は、マスク13上に形成された位置合わせ用回折格子
113を上方より照射し、ここで±の1次反射回折光1
4,15を発生させて投影レンズ16へ入射し、その後
対象物17の表面上に形成された位置合わせ用回折格子
114上にて結像する。この結果、発生した0次反射回
折光を投影レンズ16の光軸に通し、ビームスプリッタ
18で偏光子19に向って反射させ、光電センサ110
でマスク13及び対象物17の相対位置情報を位相情報
として有する測定用ビート信号を発生する。以上のよう
にして検出した基準ビート信号及び測定用ビート信号の
両者の位相差を検出し、この位相差がマスク13と対象
物17との相互の例えば回転角度位置に係るので、その
位相差を検出すればマスク13に対する対象物17の回
転位置が判明し、位置合せ時には常に一定の値となるよ
うにマスク13と対象物17との両者の相対的な位置を
調整することにより、最終的な位置合わせを完了する。
この場合、位置合わせは、図7に示す対象物17の4個
所に形成された各位置合わせ用回折格子114a,11
4b,114c,114dにつき行なわれる。こうし
て、マスク13及び対象物17におけるX−Y面内にお
ける回転角の補正を行なうことができ、またX軸、Y軸
の直進方向の補正をも行なうことが可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述に
示す回転角度誤差の補正精度は、マスク13と対象物1
7の表面上に形成された回折格子113,114の直角
度の加工精度により制約され、更には回折格子113と
114との位置誤差が累積するため、十分とはいえない
という問題がある。
示す回転角度誤差の補正精度は、マスク13と対象物1
7の表面上に形成された回折格子113,114の直角
度の加工精度により制約され、更には回折格子113と
114との位置誤差が累積するため、十分とはいえない
という問題がある。
【0005】また、対象物17の表面上の特定位置にマ
スク13を用いることなく、所望パターンを直接レーザ
等の加工ビームで形成する例えば直接描画装置のような
加工装置の場合には、マスクを用いず非常に高精度な位
置合わせを行なう必要上、上記図6に示す装置を応用し
ても位置合わせを行なうことは不可能である。
スク13を用いることなく、所望パターンを直接レーザ
等の加工ビームで形成する例えば直接描画装置のような
加工装置の場合には、マスクを用いず非常に高精度な位
置合わせを行なう必要上、上記図6に示す装置を応用し
ても位置合わせを行なうことは不可能である。
【0006】本発明は、上述の目的を達成すべく高精度
位置合わせや誤差補正を行なう回折格子による位置検出
方法及び装置の提供を目的とする。
位置合わせや誤差補正を行なう回折格子による位置検出
方法及び装置の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する第
1の構成は、対象物の表面に形成した回折格子に光を照
射し、この回折格子から生ずる±の1次反射回折光のう
ちの一方を4分割光電センサにて受光し、この4分割光
電センサの4つの分割面での受光光量の演算にて上記対
象物の回転角度を検出する回折格子による位置検出方法
を特徴とし、また第2の構成は、光源の光軸を投影レン
ズの中心と一致させて配置し、この投影レンズの中心と
対象物上に形成された回折格子とを一致させ、上記回折
格子による±の1次反射回折光を上記投影レンズを介し
て受光する4分割光電センサを備え、この4分割光電セ
ンサの出力を演算する演算回路を備えた回折格子による
位置検出装置を特徴とし、また、第3の構成は、対象物
の表面に形成した回折格子に光を照射し、この回折格子
から生ずる±の1次反射回折光のうち一方を4分割光電
センサにて受光し、この4分割光電センサの4つの分割
面での各受光量の演算により上記光電センサ出力が零と
なるよう回転台を回転させ、上記±の1次反射回折光を
それぞれ偏光子を介して光電センサにて受光して得られ
る干渉信号の位相と上記回折格子に照射される光の位相
とを比較して上記対象物の移動量を得る回折格子による
位置検出方法を特徴とする。
1の構成は、対象物の表面に形成した回折格子に光を照
射し、この回折格子から生ずる±の1次反射回折光のう
ちの一方を4分割光電センサにて受光し、この4分割光
電センサの4つの分割面での受光光量の演算にて上記対
象物の回転角度を検出する回折格子による位置検出方法
を特徴とし、また第2の構成は、光源の光軸を投影レン
ズの中心と一致させて配置し、この投影レンズの中心と
対象物上に形成された回折格子とを一致させ、上記回折
格子による±の1次反射回折光を上記投影レンズを介し
て受光する4分割光電センサを備え、この4分割光電セ
ンサの出力を演算する演算回路を備えた回折格子による
位置検出装置を特徴とし、また、第3の構成は、対象物
の表面に形成した回折格子に光を照射し、この回折格子
から生ずる±の1次反射回折光のうち一方を4分割光電
センサにて受光し、この4分割光電センサの4つの分割
面での各受光量の演算により上記光電センサ出力が零と
なるよう回転台を回転させ、上記±の1次反射回折光を
それぞれ偏光子を介して光電センサにて受光して得られ
る干渉信号の位相と上記回折格子に照射される光の位相
とを比較して上記対象物の移動量を得る回折格子による
位置検出方法を特徴とする。
【0008】
【作用】光源からの出射光を対象物の表面に形成した回
折格子に上方より照射すると、ここで得られた±1次反
射回折光の反射方向は、対象物の回転や移動に伴って変
化する。そして、この±1次反射回折光のうちの一方を
4分割光電センサによって検出し、この4分割光電セン
サの出力電圧を対象物の回転に応じて出力することがで
き、対象物の回転が生じてない場合には出力零とすれ
ば、回転角度の検出が可能となる。また、±1次の反射
回折光による干渉信号と光源による基準ビーム信号によ
って検出された位相は、回折格子ひいては対象物の移動
量となり、検出可能となる。
折格子に上方より照射すると、ここで得られた±1次反
射回折光の反射方向は、対象物の回転や移動に伴って変
化する。そして、この±1次反射回折光のうちの一方を
4分割光電センサによって検出し、この4分割光電セン
サの出力電圧を対象物の回転に応じて出力することがで
き、対象物の回転が生じてない場合には出力零とすれ
ば、回転角度の検出が可能となる。また、±1次の反射
回折光による干渉信号と光源による基準ビーム信号によ
って検出された位相は、回折格子ひいては対象物の移動
量となり、検出可能となる。
【0009】
【実施例】ここで、図1〜図5を参照して本発明の実施
例方法並びに装置を説明する。図1は対象物7の回転検
出のための構成である。図1において、レーザビームを
出射する光源1を備え、この光源1からの出射光の進行
方向をビームスプリッタ2にて投影レンズ6の光軸上の
中心に入射するように変化させる。そして、この投影レ
ンズ6を通過した光は、対象物7の表面上に形成された
回折格子3上に上方より照射される。回折格子3で得ら
れた±の1次反射回折光4,5は、投影レンズ6に戻
り、例えば+1次反射回折光4をハーフビームスプリッ
タ8にてその進行方向を変え、4分割光電センサ10に
入射させる。
例方法並びに装置を説明する。図1は対象物7の回転検
出のための構成である。図1において、レーザビームを
出射する光源1を備え、この光源1からの出射光の進行
方向をビームスプリッタ2にて投影レンズ6の光軸上の
中心に入射するように変化させる。そして、この投影レ
ンズ6を通過した光は、対象物7の表面上に形成された
回折格子3上に上方より照射される。回折格子3で得ら
れた±の1次反射回折光4,5は、投影レンズ6に戻
り、例えば+1次反射回折光4をハーフビームスプリッ
タ8にてその進行方向を変え、4分割光電センサ10に
入射させる。
【0010】この4分割光電センサ10に入射した光
は、図2に示す各光電面10a,10b,10c,10
dにて全体の入射光強度が配分され、それぞれに入射し
た光量に比例する信号を得る。そして、各光電面で発生
する強度を1a,1b,1c,1dとした場合、例えば
アナログ回路やコンピュータ等の演算回路XにてI=
(Ia +Ib )−(Ic +Id )の演算を行なう。
は、図2に示す各光電面10a,10b,10c,10
dにて全体の入射光強度が配分され、それぞれに入射し
た光量に比例する信号を得る。そして、各光電面で発生
する強度を1a,1b,1c,1dとした場合、例えば
アナログ回路やコンピュータ等の演算回路XにてI=
(Ia +Ib )−(Ic +Id )の演算を行なう。
【0011】上述の演算回路Xの結果により、対象物7
の回転角を検出することができ、対象物の回転ずれ量を
得ることができる。また、演算回路Xによる出力値Iが
零となるように制御回路Y及び対象物7の回転装置Zを
構成することにより、出力値Iが零とするよう対象物7
の回転角度を調整して、対象物7の位置決めを行なうこ
とができる。このようにして本実施例によれば、従来方
法のように、マスク表面上に形成された回折格子を用い
ることもなく、高精度に回転角度検出あるいは更に回転
誤差を補正することができるため、対象物7の表面上に
おける任意の位置に所望のパターンを形成するような、
例えばレーザ直接描画装置のような加工装置にも適用可
能である。
の回転角を検出することができ、対象物の回転ずれ量を
得ることができる。また、演算回路Xによる出力値Iが
零となるように制御回路Y及び対象物7の回転装置Zを
構成することにより、出力値Iが零とするよう対象物7
の回転角度を調整して、対象物7の位置決めを行なうこ
とができる。このようにして本実施例によれば、従来方
法のように、マスク表面上に形成された回折格子を用い
ることもなく、高精度に回転角度検出あるいは更に回転
誤差を補正することができるため、対象物7の表面上に
おける任意の位置に所望のパターンを形成するような、
例えばレーザ直接描画装置のような加工装置にも適用可
能である。
【0012】図3は上記実施例による実験結果の一例で
ある。図3では、横軸に対象物7を搭載しているステー
ジの回転量をレーザ干渉計により測定した値を、また、
縦軸には、このときに得られた4分割光電センサ10の
各光電面からの出力値を前掲の(Ia +Ib )−(Ic
+Id )にしたがって、演算した結果を示している。ス
テージに回転を与えたとき、+1次反射回折光の反射方
向が、その回転量にしたがって変化しており、回転量が
検出できる様子がわかる。回転量がOradとなったところ
で、4分割光電センサ10からの出力値がほぼ零となっ
ており、4分割光電センサ10の出力電圧分解能から約
10-4rad の回転角度誤差の補正が可能であることがわ
かる。
ある。図3では、横軸に対象物7を搭載しているステー
ジの回転量をレーザ干渉計により測定した値を、また、
縦軸には、このときに得られた4分割光電センサ10の
各光電面からの出力値を前掲の(Ia +Ib )−(Ic
+Id )にしたがって、演算した結果を示している。ス
テージに回転を与えたとき、+1次反射回折光の反射方
向が、その回転量にしたがって変化しており、回転量が
検出できる様子がわかる。回転量がOradとなったところ
で、4分割光電センサ10からの出力値がほぼ零となっ
ており、4分割光電センサ10の出力電圧分解能から約
10-4rad の回転角度誤差の補正が可能であることがわ
かる。
【0013】次に図4、図5により回転移動量の測定に
平行移動測定法を含めた実施例を説明する。図4におい
て、光源1として、例えば横ゼーマンレーザのような、
周波数がわずかに異なる(周波数差:約100kHz )直
線偏光が直交した光を出力するレーザを用いる。光源1
より出力した光は、ビームスプリッタ2で投影レンズ6
に入射するように曲げられ、この投影レンズ6を通過後
対象物7上に形成された回折格子3を上方より照射す
る。回折格子3に照射された光は、この回折格子3で反
射され、+1次反射回折光4と−1次反射回折光5を生
成する。反射回折光4,5は、対象物7が平行移動する
ことにより、その平行移動量に比例した位相変化がそれ
ぞれ+方向、−方向に生じる。反射回折光4,5は、投
影レンズ6を通過した後、ビームスプリッタ220,2
23に導かれる。該ビームスプリッタ220,223で
曲げられた1次反射回折光204,205は、それぞれ
偏光子221,224を通過することによって、周波数
がわずかに異なった直交直線偏光成分のうちの一方を偏
光子221で取り出し、また、もう一方を偏光子224
で取り出す。偏光子221を通過した光は、ビームスプ
リッタ222で再び曲げられ、ハーフビームスプリッタ
225で偏光子224を通過してきた光と重ね合わせら
れる。ハーフビームスプリッタ225からの光を偏光子
226に入射させ、偏光子226の結晶軸方向が、直交
した直線偏光の電場ベクトルに対して45度方向を向く
ように偏光子226を調整することによって、各直交直
線偏光を干渉させると、回折格子3で反射したことによ
って生じた位相変化を受けた各直線偏光の周波数差に相
当する周波数を有するビート信号を発生し、光電センサ
227で干渉信号228として検出される。
平行移動測定法を含めた実施例を説明する。図4におい
て、光源1として、例えば横ゼーマンレーザのような、
周波数がわずかに異なる(周波数差:約100kHz )直
線偏光が直交した光を出力するレーザを用いる。光源1
より出力した光は、ビームスプリッタ2で投影レンズ6
に入射するように曲げられ、この投影レンズ6を通過後
対象物7上に形成された回折格子3を上方より照射す
る。回折格子3に照射された光は、この回折格子3で反
射され、+1次反射回折光4と−1次反射回折光5を生
成する。反射回折光4,5は、対象物7が平行移動する
ことにより、その平行移動量に比例した位相変化がそれ
ぞれ+方向、−方向に生じる。反射回折光4,5は、投
影レンズ6を通過した後、ビームスプリッタ220,2
23に導かれる。該ビームスプリッタ220,223で
曲げられた1次反射回折光204,205は、それぞれ
偏光子221,224を通過することによって、周波数
がわずかに異なった直交直線偏光成分のうちの一方を偏
光子221で取り出し、また、もう一方を偏光子224
で取り出す。偏光子221を通過した光は、ビームスプ
リッタ222で再び曲げられ、ハーフビームスプリッタ
225で偏光子224を通過してきた光と重ね合わせら
れる。ハーフビームスプリッタ225からの光を偏光子
226に入射させ、偏光子226の結晶軸方向が、直交
した直線偏光の電場ベクトルに対して45度方向を向く
ように偏光子226を調整することによって、各直交直
線偏光を干渉させると、回折格子3で反射したことによ
って生じた位相変化を受けた各直線偏光の周波数差に相
当する周波数を有するビート信号を発生し、光電センサ
227で干渉信号228として検出される。
【0014】干渉信号228の位相を、光源1で生成し
ている基準ビート信号229の位相と比較することによ
って、対象物の平行移動量を検出することが可能とな
る。すなわち、基準ビート信号229と、光電センサ2
27で検出された干渉信号228の各位相を比較するこ
とによって得られる対象物7の変位量に対する該位相量
の変化は、図5に示す如くなる。本実施例では回折格子
3のピッチ6μm、開口幅3μmのものを用いた。本図
に示すように回折格子3のピッチ6μmだけ対象物7が
移動するごとに基準ビート信号229と干渉信号228
との位相を比較した値は2πだけ変化しており、さらに
この信号は、対象物7の変位に対し比例して変化してい
ることがわかる。以上から本方法により、対象物7の平
行移動量を測定することが可能となる。
ている基準ビート信号229の位相と比較することによ
って、対象物の平行移動量を検出することが可能とな
る。すなわち、基準ビート信号229と、光電センサ2
27で検出された干渉信号228の各位相を比較するこ
とによって得られる対象物7の変位量に対する該位相量
の変化は、図5に示す如くなる。本実施例では回折格子
3のピッチ6μm、開口幅3μmのものを用いた。本図
に示すように回折格子3のピッチ6μmだけ対象物7が
移動するごとに基準ビート信号229と干渉信号228
との位相を比較した値は2πだけ変化しており、さらに
この信号は、対象物7の変位に対し比例して変化してい
ることがわかる。以上から本方法により、対象物7の平
行移動量を測定することが可能となる。
【0015】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明では、対象物
上の回折格子のみを用いて1次反射回折光の光電センサ
による光量測定と演算もしくは、±の1次反射回折光に
よる干渉ビート信号と基準ビート信号との位相比較によ
り、対象物の回転角度検出更には位置合わせや平行移動
量検出が高精度に可能になる。
上の回折格子のみを用いて1次反射回折光の光電センサ
による光量測定と演算もしくは、±の1次反射回折光に
よる干渉ビート信号と基準ビート信号との位相比較によ
り、対象物の回転角度検出更には位置合わせや平行移動
量検出が高精度に可能になる。
【図1】本発明の一実施例の構成図。
【図2】演算の説明図。
【図3】回転位置に対する出力値のグラフ。
【図4】本発明の他の実施例の構成図。
【図5】平行変位に対する位相のグラフ。
【図6】従来例の構成図。
【図7】対象物の平面図。
1 光源 2,4,5,8,220,222,223,225 ビ
ームスプリッタ 3 回折格子 4 +1次反射回折光 5 −1次反射回折光 6 投影レンズ 7 対象物 10 4分割光電センサ 228 干渉信号 229 基準ビート信号
ームスプリッタ 3 回折格子 4 +1次反射回折光 5 −1次反射回折光 6 投影レンズ 7 対象物 10 4分割光電センサ 228 干渉信号 229 基準ビート信号
Claims (3)
- 【請求項1】 対象物の表面に形成した回折格子に光を
照射し、この回折格子から生ずる±の1次反射回折光の
うちの一方を4分割光電センサにて受光し、この4分割
光電センサの4つの分割面での受光光量の演算にて上記
対象物の回転角度を検出する回折格子による位置検出方
法。 - 【請求項2】 光源の光軸を投影レンズの中心と一致さ
せて配置し、この投影レンズの中心と対象物上に形成さ
れた回折格子とを一致させ、上記回折格子による±の1
次反射回折光を上記投影レンズを介して受光する4分割
光電センサを備え、この4分割光電センサの出力を演算
する演算回路を備えた回折格子による位置検出装置。 - 【請求項3】 対象物の表面に形成した回折格子に光を
照射し、この回折格子から生ずる±の1次反射回折光の
うち一方を4分割光電センサにて受光し、この4分割光
電センサの4つの分割面での各受光量の演算により上記
光電センサ出力が零となるよう回転台を回転させ、上記
±の1次反射回折光をそれぞれ偏光子を介して光電セン
サにて受光して得られる干渉信号の位相と上記回折格子
に照射される光の位相とを比較して上記対象物の移動量
を得る回折格子による位置検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26774591A JPH05107042A (ja) | 1991-10-16 | 1991-10-16 | 回折格子による位置検出方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26774591A JPH05107042A (ja) | 1991-10-16 | 1991-10-16 | 回折格子による位置検出方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05107042A true JPH05107042A (ja) | 1993-04-27 |
Family
ID=17448988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26774591A Withdrawn JPH05107042A (ja) | 1991-10-16 | 1991-10-16 | 回折格子による位置検出方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05107042A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7289228B2 (en) | 2004-02-25 | 2007-10-30 | Minebea Co., Ltd. | Optical displacement sensor, and external force detecting device |
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| JP2009087639A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Panasonic Corp | 電界放出型電子源装置と製造方法 |
| JP2015525883A (ja) * | 2012-07-30 | 2015-09-07 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. | 位置測定装置、位置測定方法、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
-
1991
- 1991-10-16 JP JP26774591A patent/JPH05107042A/ja not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
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