(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の位置及び／または変位を測定するための測定システムであって、前記測定システムは、センサと目標物とを備え、前記センサは、
電磁石と、
交番磁場を発生させるべく前記電磁石を駆動するよう構成された駆動回路と、
前記電磁石の電気インピーダンスパラメータを測定するよう構成された測定回路と、を備え、
前記目標物は、前記センサに対向する前記物体の表面上に配置され、前記目標物は、グラフェン層を備え、
使用時において、前記交番磁場が前記目標物と相互作用するとき、前記交番磁場が変化して、前記電磁石の前記電気インピーダンスパラメータを変化させる、測定システム。
【請求項２】
前記グラフェン層は、グラフェンの単層により形成されている請求項１に記載の測定システム。
【請求項３】
前記グラフェン層は、多層グラフェンにより形成されている請求項１に記載の測定システム。
【請求項４】
前記目標物は、少なくとも２つのグラフェン層と隔離層とを備え、前記隔離層は、各グラフェン層どうしの間に配置されている請求項１から３のいずれかに記載の測定システム。
【請求項５】
前記隔離層の厚さは、１０００ｎｍ以下である請求項４に記載の測定システム。
【請求項６】
前記グラフェン層の厚さは、１０００ｎｍ以下である請求項４または５に記載の測定システム。
【請求項７】
前記隔離層は、金属である請求項４から６のいずれかに記載の測定システム。
【請求項８】
前記隔離層は、銅、銀、金、またはアルミニウムのうち少なくとも１つを備える請求項７に記載の測定システム。
【請求項９】
前記隔離層は、二硫酸モリブデンを備える請求項４から６のいずれかに記載の測定システム。
【請求項１０】
前記目標物が配置された前記物体の前記表面に垂直に測定軸が定義され、前記測定軸に垂直な平面において、前記目標物の断面積は、前記電磁石の断面積より大きい請求項１から９のいずれかに記載の測定システム。
【請求項１１】
前記目標物の厚さは、実質的に均一であり、前記目標物の平均厚さから１０％以下の変動をする請求項４から１０のいずれかに記載の測定システム。
【請求項１２】
前記電磁石は、グラフェンセンサ層をさらに備える請求項１から１１のいずれかに記載の測定システム。
【請求項１３】
物体の変位及び／または位置を測定するための測定システムであって、前記測定システムは、センサを備え、前記センサは、
電磁石と、
前記電磁石上に配置されたグラフェンセンサ層と、
交番磁場を発生させるべく前記電磁石を駆動するよう構成された駆動回路と、
前記電磁石の電気インピーダンスパラメータを測定するよう構成された測定回路と、を備える、測定システム。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の測定システムを使用して物体の位置を測定する方法であって、
交番磁場を発生させるべく前記電磁石を駆動するステップと、
前記物体上の目標物に対し電磁センサを、前記交番磁場が前記目標物と相互作用し前記交番磁場を変化させて前記電磁石の前記電気インピーダンスパラメータを変化させるように、位置決めするステップと、
前記電磁石の電気インピーダンスパラメータを測定するステップと、
前記電磁石の電気インピーダンスパラメータに基づいて前記物体の位置を決定するステップと、を備える方法。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれかに記載の測定システムを使用して物体の位置を測定する方法であって、
交番磁場を発生させるべく前記電磁石を駆動するステップと、
物体に対し前記センサを、前記交番磁場が前記物体と相互作用し前記交番磁場を変化させて前記電磁石の電気インピーダンスパラメータを変化させるように、位置決めするステップと、
前記電磁石の電気インピーダンスパラメータを測定するステップと、
前記電磁石の電気インピーダンスパラメータに基づいて前記物体の位置を決定するステップと、を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定システム、リソグラフィ装置、デバイス製造方法、および測定システムを使用して測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板の目標部分に与える機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられうる。この場合、マスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスが、ＩＣの個別の層に形成されるべき回路パターンを生成するために使用されうる。このパターンは、基板（例えばシリコンウェーハ）上の目標部分（例えば１つまたは複数のダイの一部を含む）に転写されうる。パターンの転写は典型的には基板に設けられた放射感応性材料（レジスト）の層への結像による。一般に一枚の基板には網目状に隣接する一群の目標部分が含まれ、これらは連続的にパターン形成される。公知のリソグラフィ装置にはいわゆるステッパとスキャナとがある。ステッパにおいては、目標部分にパターン全体が一度に露光されるようにして各目標部分は照射を受ける。スキャナにおいては、所与の方向（「走査」方向）に放射ビームによりパターンを走査するとともに基板をこの方向に平行または逆平行に同期して走査するようにして各目標部分は照射を受ける。パターニングデバイスから基板へと、パターンを基板にインプリントすることによってパターンを転写することも可能である。
【０００３】
リソグラフィ装置は、位置決めされることが必要となる１つ又は複数の物体、例えば、基板テーブル、パターニングデバイスまたは光学素子を支持する支持構造を備える。物体を正確に位置決めするために、物体の変位及び／または位置が正確に測定されなければならない。物体の変位及び／または位置の測定における何らかの誤差は、誤った位置にあると仮定されることを物体にもたらしうるし、あるいは、物体を位置決めする際に誤差をもたらしうる。望まれるのは、例えば物体が特定の位置に移動されることができるように、物体の変位及び／または位置を正確に測定することである。
【０００４】
公知の測定システムは、電磁センサを使用することを含みうる。電磁センサは、交番磁場を発生させる電磁石を駆動するように構成されている駆動回路を有する。電磁センサが物体に近ければ交番磁場が物体と相互作用し、その結果物体が交番磁場に影響を及ぼす。そのため物体の存在は、物体と電磁石の相対位置に依存するようにして、電磁石の電気インピーダンスパラメータに影響を及ぼす。そのため電磁石に対する物体の場所及び／または動きは、電気インピーダンスパラメータの変化として検出されることができる。そのため物体の変位及び／または位置が決定されうる。しかし、電磁センサによって測定される距離にはこの測定に固有でありうる誤差がある。そこで、物体の変位及び／または位置の測定における誤差を低減または防止することが望まれる。
【発明の概要】
【０００５】
望まれるのは、例えば、物体の変位及び／または位置を正確に測定することができる改良された測定システムを提供することである。
【０００６】
本発明のある態様によると、物体の位置及び／または変位を測定するための測定システムであって、前記測定システムは、センサと目標物とを備え、前記センサは、電磁石と、交番磁場を発生させるべく前記電磁石を駆動するよう構成された駆動回路と、前記電磁石の電気インピーダンスパラメータを測定するよう構成された測定回路と、を備え、前記目標物は、前記センサに対向する前記物体の表面上に配置され、前記目標物は、グラフェン層を備え、使用時において、前記交番磁場が前記目標物と相互作用するとき、前記交番磁場が変化して、前記電磁石の前記電気インピーダンスパラメータを変化させる、測定システムが提供される。
【０００７】
本発明のある態様によると、物体の変位及び／または位置を測定するための測定システムであって、前記測定システムは、センサを備え、前記センサは、電磁石と、前記電磁石上に配置されたグラフェンセンサ層と、交番磁場を発生させるべく前記電磁石を駆動するよう構成された駆動回路と、前記電磁石の電気インピーダンスパラメータを測定するよう構成された測定回路と、を備える、測定システムが提供される。
【０００８】
本発明のある態様によると、いずれかの請求項に記載の測定システムを備えるリソグラフィ装置が提供される。
【０００９】
本発明のある態様によると、いずれかの請求項に記載の測定システムを備えるリソグラフィ装置を使用するデバイス製造方法が提供される。
【００１０】
本発明のある態様によると、請求項１から１６のいずれかに記載の測定システムを使用して物体の位置を測定する方法であって、交番磁場を発生させるべく前記電磁石を駆動するステップと、物体上の目標物に対し電磁センサを、前記交番磁場が前記目標物と相互作用し前記交番磁場を変化させて前記電磁石の電気インピーダンスパラメータを変化させるように、位置決めするステップと、前記電磁石の電気インピーダンスパラメータを測定するステップと、前記電磁石の電気インピーダンスパラメータに基づいて前記物体の位置を決定するステップと、を備える方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明のいくつかの実施の形態が付属の概略的な図面を参照して以下に説明されるがこれらは例示に過ぎない。各図において対応する参照符号は対応する部分を表す。
【００１２】
【図１】リソグラフィ装置を概略的に示す。
【００１３】
【図２】電磁センサによって物体とセンサとの間に測定される距離を示す。
【００１４】
【図３】ある実施の形態に係る測定システムを側面図で示す。
【００１５】
【図４】図３の電磁センサとともに、目標物と相互作用する交番磁場を示す。
【００１６】
【図５】図３の測定システムをＡ−Ａ断面において上面図で示す。
【００１７】
【図６】ある実施の形態に係る測定システムを側面図で示す。
【００１８】
【図７Ａ】ある実施の形態に係る測定システムを側面図で示す。
【００１９】
【図７Ｂ】図７Ａの電磁石および駆動回路をＢ−Ｂ断面において上方に見た図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明のある実施の形態に係るリソグラフィ装置を概略的に示す。本装置は、
−  放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射またはＤＵＶ放射）を調整するよう構成されている照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
−  パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するよう構成され、いくつかのパラメータに従ってパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするよう構成されている第１位置決め装置ＰＭに接続されている支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
−  例えば、１つ又は複数のセンサを支持するセンサテーブル、または、基板（例えば、レジストで被覆された生産基板）Ｗを保持するよう構成されている基板支持装置６０であり、いくつかのパラメータに従ってテーブル例えば基板Ｗの表面を正確に位置決めするよう構成されている第２位置決め装置ＰＷに接続されている支持テーブルと、
−  パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば１つまたは複数のダイの一部を含む）目標部分Ｃに投影するよう構成されている投影システム（例えば、屈折投影レンズ系）ＰＳと、を含む。
【００２１】
照明システムＩＬは、放射の方向や形状の調整、または放射の制御のために、各種の光学素子、例えば屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子、またはその他の形式の光学素子、若しくはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００２２】
支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡを保持する。支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの向きやリソグラフィ装置の設計、あるいは、例えばパターニングデバイスＭＡが真空環境下で保持されるか否か等その他の条件に応じた方式でパターニングデバイスＭＡを保持する。支持構造ＭＴは、機械的固定、真空固定、静電固定、またはパターニングデバイスＭＡを保持するその他の固定技術を使用可能である。支持構造ＭＴは例えばフレームまたはテーブルであってよく、固定されていてもよいし必要に応じて移動可能であってもよい。支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡが例えば投影システムＰＳに対して所望の位置にあることを保証してもよい。本書では「レチクル」または「マスク」という用語を用いた場合には、より一般的な用語である「パターニングデバイス」に同義であるとみなされうる。
【００２３】
本書で使用される「パターニングデバイス」という用語は、基板の目標部分にパターンを形成すべく放射ビームの断面にパターンを付与するために使用されうるいかなるデバイスをも指し示すよう広く解釈されるべきである。例えばパターンが位相シフトフィーチャあるいはいわゆるアシストフィーチャを含む場合のように、放射ビームに付与されるパターンが基板の目標部分に所望されるパターンと厳密に一致していなくてもよいことに留意すべきである。一般には、放射ビームに付与されるパターンは、目標部分に形成される集積回路などのデバイスにおける特定の機能層に対応する。
【００２４】
パターニングデバイスＭＡは透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、マスクやプログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィの分野で周知であり、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、更に各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例としては、小型のミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーが入射してくる放射ビームを種々の方向に反射するように個別に傾斜可能であるというものがある。これらの傾斜ミラーにより、ミラーのマトリックスで反射された放射ビームにはパターンが付与されることになる。
【００２５】
本書で使用される「投影システム」という用語は、使用される露光放射に応じて、あるいは液浸液の使用または真空の使用等のその他の要因に応じて適切とされる、屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系、磁気的光学系、電磁気的光学系、静電的光学系、またはこれらの組合せを含むいかなる形式の投影システムをも包含するよう広く解釈されるべきである。本書では「投影レンズ」という用語を用いた場合には、より一般的な用語である「投影システム」に同義であるとみなされうる。
【００２６】
図示されるように、リソグラフィ装置は、（例えば透過型マスクを用いる）透過型である。これに代えて、リソグラフィ装置は、（例えば、上述の形式のプログラマブルミラーアレイ、または反射型マスクを用いる）反射型であってもよい。
【００２７】
リソグラフィ装置は、２つまたはそれより多数のテーブル（またはステージ、または支持部）、例えば、２つまたはそれより多数の基板テーブル、または、１つ又は複数の基板テーブルと１つ又は複数のセンサまたは測定テーブルとの組み合わせを有する形式のものであってもよい。こうした多重ステージ型の装置においては、多数のテーブルは並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルが露光のために使用されている間に１以上の他のテーブルで準備工程が実行されるようにしてもよい。リソグラフィ装置は、２つまたはそれより多数のパターニングデバイステーブル（またはステージ、または支持部）を有し、基板、センサ、および測定テーブルと同様にして、並行して使用されてもよい。リソグラフィ装置は、露光前に生産基板を特徴付ける各種のセンサが存在する測定ステーションと、露光が行われる露光ステーションとを有する形式のものであってもよい。
【００２８】
リソグラフィ装置は、基板Ｗの少なくとも一部が例えば超純水（ＵＰＷ）などの水のように比較的高い屈折率を有する液浸液１０で投影システムＰＳと基板Ｗとの間の液浸空間１１を満たすよう覆われうる形式のものであってもよい。液浸液１０は、例えばパターニングデバイスＭＡと投影システムＰＳの間などのリソグラフィ装置の他の空間に適用されてもよい。液浸技術は投影システムの開口数を増大させるために使用されることができる。本書で使用される「液浸」との用語は、基板Ｗ等の構造体が液浸液１０に浸されなければならないことを意味するのではなく、液浸液１０が投影システムＰＳと基板Ｗとの間に露光中に配置されることを意味するにすぎない。投影システムＰＳから基板Ｗへのパターン形成された放射ビームＢの経路は、完全に液浸液１０を通る。
【００２９】
図１を参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。例えば放射源ＳＯがエキシマレーザである場合には、放射源ＳＯとリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、放射源ＳＯはリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは、例えば適当な方向変更用のミラー及び／またはビームエキスパンダを含むビーム搬送系ＢＤを介して放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと受け渡される。あるいは放射源ＳＯが例えば水銀ランプである場合には、放射源ＳＯはリソグラフィ装置に一体の部分であってもよい。放射源ＳＯとイルミネータＩＬとは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射システムと総称されてもよい。
【００３０】
イルミネータＩＬは、放射ビームＢの角強度分布を調整するアジャスタＡＤを備えてもよい。一般には、イルミネータＩＬの瞳面における強度分布の少なくとも外側及び／又は内側半径範囲（通常それぞれ「シグマ−アウタ（σ-outer）」、「シグマ−インナ（σ-inner）」と呼ばれる）を調整することができる。加えてイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＮ等その他の各種構成要素を含んでもよい。イルミネータＩＬは、ビーム断面における所望の均一性及び強度分布を得るべく放射ビームＢを調整するために使用されてもよい。放射源ＳＯと同様に、イルミネータＩＬはリソグラフィ装置の一部を構成するとみなされてもよいし、そうでなくてもよい。例えば、イルミネータＩＬは、リソグラフィ装置に一体の部分であってもよいし、リソグラフィ装置とは別体であってもよい。後者の場合、リソグラフィ装置はイルミネータＩＬを搭載可能に構成されていてもよい。イルミネータＩＬは取り外し可能とされ、（例えば、リソグラフィ装置の製造業者によって、またはその他の供給業者によって）別々に提供されてもよい。
【００３１】
放射ビームＢは、支持構造ＭＴに保持されたパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスＭＡによりパターン形成される。パターニングデバイスＭＡを横切って、放射ビームＢは、基板Ｗの目標部分Ｃにビームを合焦する投影システムＰＳを通過する。第２位置決め装置ＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、または静電容量センサ）により、例えば放射ビームＢの経路に異なる目標部分Ｃを位置決めするように、基板支持装置６０を正確に移動させることができる。
【００３２】
同様に、第１位置決め装置ＰＭと他の位置センサ（図１には明示せず）は、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイスＭＡを、例えばマスクライブラリからの機械的な取り出し後または走査中に、正確に位置決めするために使用することができる。一般に支持構造ＭＴの移動は、第１位置決め装置ＰＭの一部を構成するロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現されうる。同様に、基板支持装置６０の移動は、第２位置決め装置ＰＷの一部を構成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールにより実現されうる。
【００３３】
ステッパでは（スキャナとは異なり）、支持構造ＭＴはショートストロークのアクチュエータにのみ接続されているか、あるいは固定されていてもよい。パターニングデバイスＭＡと基板Ｗとは、パターニングデバイスアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を用いてアライメントされてもよい。図においては基板アライメントマークＰ１、Ｐ２が専用の目標部分を占拠しているが、アライメントマークは目標部分Ｃ間のスペースに配置されてもよい（これはスクライブライン・アライメントマークとして公知である）。同様に、パターニングデバイスＭＡに複数のダイがある場合にはパターニングデバイスアライメントマークＭ１、Ｍ２がダイ間に配置されてもよい。
【００３４】
図示の装置は例えば次のモードのうち少なくとも１つのモードで使用され得る。
【００３５】
１．ステップモードにおいては、放射ビームＢに付与されたパターンの全体が１回で目標部分Ｃに投影される間、支持構造ＭＴ及び基板支持装置６０は実質的に静止状態とされる（すなわち単一静的露光）。そして基板支持装置６０がＸ方向及び／またはＹ方向に移動されて、異なる目標部分Ｃが露光される。ステップモードでは露光フィールドの最大サイズが単一静的露光で結像される目標部分Ｃのサイズを制限することになる。
【００３６】
２．スキャンモードにおいては、放射ビームＢに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、支持構造ＭＴ及び基板支持装置６０は同期して走査される（すなわち単一動的露光）。支持構造ＭＴに対する基板支持装置６０の速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められうる。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが単一動的露光での目標部分Ｃの（非走査方向の）幅を制限し、走査移動距離が目標部分Ｃの（走査方向の）長さを決定する。
【００３７】
３．別のモードにおいては、支持構造ＭＴがプログラマブルパターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とし、放射ビームＢに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、基板支持装置６０が移動または走査される。このモードではパルス放射源が通常用いられ、プログラマブルパターニングデバイスは、基板支持装置６０の毎回の移動後、または走査中の連続放射パルス間に必要に応じて更新される。この動作モードは、上述の形式のプログラマブルミラーアレイ等のプログラマブルパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
【００３８】
上記で記載した使用モードを組み合わせて動作させてもよいし、各モードに変更を加えて動作させてもよいし、さらに全く別の使用モードが用いられてもよい。
【００３９】
コントローラ５００は、リソグラフィ装置の全体的動作を制御し、特に以下でさらに説明する動作プロセスを実行する。コントローラ５００は、中央処理装置、揮発性及び不揮発性記憶手段、キーボード及び画面のような１つ又は複数の入出力デバイス、１つ又は複数のネットワーク接続、及びリソグラフィ装置の各種部品との１つ又は複数のインターフェイスを備える、適切にプログラムされた汎用コンピュータとして、実現することができる。制御するコンピュータとリソグラフィ装置との間に１対１の関係は必要ないことが理解される。１つのコンピュータが複数のリソグラフィ装置を制御することができる。ネットワークで接続された複数のコンピュータを使用して、１つのリソグラフィ装置を制御することができる。コントローラ５００は、リソグラフィ装置が一部となるリソセル又はクラスタ内で１つ又は複数の関連するプロセスデバイス及び基板ハンドリングデバイスを制御するように構成されることもできる。コントローラ５００は、リソセル又はクラスタの上位制御システム及び／又は工場の全体制御システムに従属するように構成されることもできる。
【００４０】
投影システムＰＳの最終光学素子と基板Ｗとの間に液浸液を提供する構成は３種類に大きく分類することができる。浴槽型の構成、いわゆる局所液浸システム、及びオールウェット液浸システムである。本発明のある実施の形態は、局所液浸システムにとくに関連する。
【００４１】
望ましくは、リソグラフィ装置の各種の構成要素が正確に位置決めされる。そのため、正確な測定システムが、リソグラフィ装置内の構成要素の位置を正確に決定するために必要とされる。測定システムにおいて誘起される何らかの誤差は、ある構成要素の他の構成要素に対する配置に誤差をもたらし、これは基板Ｗの表面に入射するパターン形成された放射ビームＢの位置に誤差をもたらし、オーバレイ誤差をもたらしうる。
【００４２】
ある物体（リソグラフィ装置内の構成要素であってもよい）の位置は、本発明における測定システム、すなわち電磁センサを備える測定システムを使用して測定されうる。例えば、渦電流センサが使用されうる。渦電流センサは、局所的な環境変化にきわめて鈍感であるため、有利でありうる。しかしながら、渦電流センサにより行われた測定結果は、この測定が実行される方式に固有の不確実性を有する。
【００４３】
電磁センサは、交番磁場、すなわち時間変化する磁場を提供する電磁石を使用する。センサが物体に近接するとき、交番磁場が物体（物体が導電性である場合）に相互作用し、渦電流が物体表面の下方に誘起される。生成される渦電流は、なかでも交番磁場の強度に依存する。電磁石が物体に近いほど、交番磁場の強度は物体内で大きくなる。物体内の渦電流は、その結果生じる交番磁場を物体内に誘起する。物体から結果として生じる交番磁場は、センサからの交番磁場と相互作用する。これはセンサの交番磁場に変化を誘起し、電磁センサの電気インピーダンスパラメータを変化させる。そのため、渦電流は、電磁石の電気インピーダンスパラメータ、例えばインダクタンスの変化を生じさせる。電気インピーダンスパラメータの変化は、電磁センサから物体への距離を決定するために測定され使用されうるので、この距離を変化させる。こうして、物体の位置が少なくとも１つの自由度において決定されうる。渦電流を使用する電磁センサは、それを変位センサとして使用することも含めて公知であり、例えば、「サブナノメートルレンジにおける測定：静電容量および渦電流ナノ変位センサ（S. Nihtianov著、IEEE Industrial Electronics Magazine (IEM)、２０１４年３月号、６〜１５ページ）」に記載されている。
【００４４】
しかしながら、渦電流を使用する電磁センサのナノメートルおよびサブナノメートルレンジにおける精度を決定する主な制限要因の一つは、物体における渦電流の侵入深さであり、これは表皮深さ（δ）とも呼ばれる。表皮深さ（δ）は、
【数１】
0006533004.tif 000002
として定義され、μは物体の透磁率、σはその電気伝導率、ωｅｘｃ＝２πｆｅｘｃであり、ｆｅｘｃは励起周波数である。透磁率と電気伝導率は、物体それ自体ではなく、物体の材料により与えられる特性である。
【００４５】
標準表皮深さ（δ）は、渦電流の強度が物体表面での強度の１／ｅ（すなわちおよそ３７％）に達する深さとして定義され、ここでｅは数学定数である。微小な変位または距離（例えばナノメートル及び／またはサブナノメートルのレンジ）を測定する場合に、センサの電磁石が物体にほとんど接触しようとさえするとき、数十マイクロメートルまたは数百マイクロメートルもの表皮深さ（δ）は大きな誤差を生成しうる。これはなぜなら、渦電流の密度の中心により（すなわち仮想平面により）物体の位置が特定され、これは物体の内部にあり、表面上にあるわけではないからである。表皮深さ（δ）が大きいほど、物体の表面から渦電流の密度の中心への距離が大きくなる。物体の位置が物体の表面ではなく渦電流の密度の中心に対し測定されると、表皮深さの変化は、電磁センサに対する物体の位置の変化について誤った指標を与える。センサは、直接に、または、物体とセンサとの間の変位を測定することによって、距離を測定するように使用されることができる。例えば、図２に示されるように、センサは、感知コイルと物体の表面との距離Ｘを測定するために使用されうる。理想的には、センサは、実際の距離ＸＡを測定するであろう。しかしながら、センサは、電磁石内の仮想平面と物体内の仮想平面との距離ＸＭを測定する。仮想平面は、渦電流の密度の中心であり、表面からδ／√２の距離であるとして表皮深さに関連付けられる。したがって、ＸＡを測定する代わりに、測定される距離は、ＸＡ＋δｏ／√２＋δｅ／√２となり、ここで、センサの電磁石の仮想平面の深さは、δｅ／√２にあり、物体の仮想平面の深さは、δｏ／√２にある。また、表皮深さδは物体（またはセンサ）の伝導率に依存するので、これは温度により変化し、したがって変動する誤差を有し、不安定なセンサをもたらす。加えて、たとえ表皮深さが一定であって測定センサにより説明可能であったとしても、表皮深さは、何らかの測定誤差に不均衡な効果を有しうる。したがって、表皮深さは、電磁センサにおける不安定性と低解像度の主要な原因の一つでありうる。
【００４６】
本発明によると、物体の位置を測定するための測定システムが提案される。測定システムは、物体の位置を測定する電磁センサを備える。センサは、電磁センサであってもよく、本書ではそのように呼ばれる。測定システムは、物体の表面に配置された目標物をさらに備え、物体は目標物に対向している。ある実施の形態においては、測定システムは、物体の表面上の目標物により形成される平面に実質的に垂直な方向における物体の位置を測定する。そのため、望ましくは、目標物は物体の表面上で平面をなす。
【００４７】
本発明のある例示的な実施の形態に係る測定センサが図３に示されている。測定システムは、電磁センサ２０と目標物４５とを備え、電磁センサ２０は、電磁石２１と、交番磁場を発生させるべく電磁石２１を駆動するよう構成された駆動回路２４と、電磁石２１の電気インピーダンスパラメータを測定するよう構成された測定回路２５と、を備え、目標物４５は、物体４０上に配置され、目標物４５は、グラフェン層４６を備え、交番磁場が目標物４５と相互作用するとき、交番磁場が変化して、電磁石２１の電気インピーダンスパラメータを変化させる。物体は、導電材料、半導体、または絶縁体で形成されていてもよい。ある実施の形態においては、目標物は、物体よりも高い導電性を有する。
【００４８】
物体４０の表面４１上に目標物４５を設けることにより、結果として生じる渦電流に影響が生じる。目標物４５は、表皮深さ（δ）を減少させ、それにより、物体４０の表面と、物体４０の位置を特定するために使用される渦電流の密度の中心との距離を低減するために使用されることができる。これは、位置測定における誤差を低減し、物体４０の位置をより正確に決定することを可能にする。目標物４５の特性は、測定の精度を向上するために、表皮深さ（δ）を最小化するように選択されてもよい。また、物体４０が絶縁体である場合には、目標物４５（高い導電性を有する）は、電磁センサ２０と相互作用するよう物体４０の表面４１上に配置されてもよい。
【００４９】
電磁センサ２０は、電磁石２１と、駆動回路２４と、測定回路２５とを備える。測定回路２５は、ハウジング２３内に配置されてもよく、これは任意である。駆動回路２４は、交番電磁場例えば交番磁場を発生させるべく電磁石２１を駆動するために使用される。駆動回路２４は、ハウジング２２内に配置されてもよく、これは任意である。図４は、電磁石２１によって生成される交番磁場ＡＭＦを示す。ただし、交番磁場ＡＭＦは、本発明の実施の形態において使用され生成されるが、残りの図面ではそれら図面における測定システムの特徴を明確に示すために図示されていない。
【００５０】
図４に示されるように、交番磁場ＡＭＦは、目標物４５において渦電流ＥＣを発生させる。図４は、目標物４５における渦電流ＥＣのみを例示的に示す。渦電流ＥＣは、結果として生じる交番磁場ＲＭＦを目標物４５に誘起する。結果として生じる交番磁場ＲＭＦは、上述のように交番磁場ＡＭＦと相互作用する。
【００５１】
ある実施の形態においては、駆動回路２４は、電磁石２１に交流電流を提供するよう構成された電気回路である。電磁石２１を流れる交流電流は、交番磁場ＡＭＦを誘起する。駆動回路２４は、交番磁場ＡＭＦの例えば強度及び／または周波数などの特性を制御するために使用されてもよい。交流電流の周波数ｆｅｘｃは変化されうるが、１ｋＨｚから１ＧＨｚ、好ましくは１ｋＨｚから１０ｋＨｚ、または１０ｋＨｚから１００ＭＨｚの桁の範囲にあってもよい。あるいは、周波数ｆｅｘｃは１ＧＨｚよりさらに大きくてもよい。既述のように、周波数は表皮深さ（δ）に影響する。周波数が大きいほど表皮深さ（δ）は小さくなる。したがって、より高い周波数が好ましい。例えば、周波数は、１００ｋＨｚ、または１ＭＨｚ、または１０ＭＨｚ、または１００ＭＨｚ、または１ＧＨｚよりも高いことが好ましい。しかし、これには電磁石２１を駆動するのにより大きな電力を必要としうる。したがって、許容可能な深さを下回る表皮深さ（δ）をもつ測定システムを本発明の特徴を使用して提供することも可能である。さもなければ必須となりうるほど高い周波数を必要とせずに、測定システムに必要とされる電力を低減することができる。例えば、必要とされる電力を低減するために、１ＭＨｚ未満、または１００ｋＨｚ未満、または１０ｋＨｚ未満の周波数を有することが望ましいかもしれない。
【００５２】
ある実施の形態においては、測定回路２５は、電磁石２１の電気インピーダンスについてのパラメータを決定するために使用される。このパラメータは、電磁石２１を流れる電流及び／または電磁石２１に掛かる電圧に関連するパラメータ、例えば、電磁石２１を流れる電流、電磁石２１を流れる電流に対する電圧の比、電磁石２１を駆動する駆動回路２４の駆動電流の大きさ、またはそのほか任意の適切なパラメータを検出することによって、決定されうる。好ましくは、決定されるパラメータは、インダクタンスである。
【００５３】
測定システム２０は、測定された電気インピーダンスを使用して物体４０の位置を決定する処理ユニット２６をさらに備えてもよい。処理ユニット２６は、物体４０の位置を決定するよう構成されたコントローラ、マイクロプロセッサ、またはそのほか任意の処理装置を備えてもよい。処理ユニット２６は、物体４０の位置を決定することに加えて他の機能を有するコントローラまたはマイクロプロセッサ内に備えられてもよい。処理ユニット２６は、図３においては、測定回路２５と同じハウジング２３内に配置されるものとして示されているが、処理ユニット２６と測定回路２５は、別々に設けられてもよい。
【００５４】
ある実施の形態においては、電磁石２１は、金属コイルを備える（図３には図示せず）。好ましくは、金属コイルは、近接して間隔を空けた巻線により形成され、すなわち、コイルは密に巻かれている。好ましくは、電磁センサ２０は、後述するように、グラフェンセンサ層４８をさらに備える。
【００５５】
ある材料の表皮深さは、渦電流が生じる深さを決定する。表皮深さが小さいほど、渦電流の位置の決定は精確になる。渦電流は、目標物の下方にある物体の材料内にも生成されうる。物体内部の渦電流は、センサの精度に悪影響を及ぼす。したがって、目標物は、物体自身の内部に渦電流が生じるのを防止するようにシールドとして働くのに十分な厚くするとともに、目標物内に渦電流を集中させることができるように十分に薄くするべきである。また、目標物は、検出可能となる十分な大きさの電流を発生させるように十分に高い電気伝導率を有するべきである。
【００５６】
グラフェンは、半導体と金属の特性を両方兼ね備える。言い換えれば、グラフェンは、バンドギャップがゼロの半導体である。グラフェンは金属よりも少ない自由キャリアを有するが、かなり高い電子移動度を有し、例えば、およそ２００，０００平方センチメートル毎ボルト毎秒にもなりうる。したがって、高い周波数で渦電流が生成されるほど、電子および孔の高い移動度のために最小の損失でかなり効果的に外部磁場を追従及び／または相殺することができる。これにより、いくつかある有利な点のなかでもとくに、自己加熱を低減または防止することができる。したがって、高い周波数で電磁センサを使用することは、グラフェンを使用することに関連する利点を改善する。そのため、励起周波数が十分に高く、例えば数ＧＨｚの大きさである場合には、グラフェン層は非常に薄くてもよく、例えば単層のグラフェンが使用されてもよい。こうして、グラフェン層４６の厚さはおよそ１ｎｍから１０ｎｍであってもよい。あるいは、グラフェン層４６は、数層のグラフェンを備えてもよい。この実施の形態においては、グラフェン層４６は、１ｎｍから５０ｎｍの範囲、またはより好ましくは５ｎｍから２０ｎｍの範囲の厚さを有してもよい。グラフェン層４６を形成するのに使用されるグラフェンの層が顕著に多くなれば、厚さは大きくなりうる。例えば、ある実施の形態においては、グラフェン層４６の厚さは、およそ５μｍ以下、好ましくは０．５μｍから２μｍの範囲、またはより好ましくはおよそ０．５μｍ未満である。
【００５７】
ある実施の形態においては、グラフェン層４６の厚さは、実質的に均一である。すなわち、グラフェン層４６の厚さは、目標物４５を通る断面において（すなわち目標物４５の長さおよび幅にわたって）実質的に変化しない。グラフェン層４６を数層のグラフェンとする、ある実施の形態においては、グラフェン層は、実質的に均一であり、グラフェン層４６の厚さのおよそ２０％以下の変動を含んでもよく、またはより好ましくはおよそ１０％以下の変動であってもよい。グラフェン層４６の厚さが実質的に均一である場合、目標物４５の外表面、すなわち電磁石２１に対向するグラフェン層４６の表面は、目標物４５が配置された物体４０の表面４１と実質的に平行である。
【００５８】
ある実施の形態においては、目標物４５の外表面、すなわち電磁石２１に対向するグラフェン層４６の表面は、実質的に平坦である。「実質的に平坦」とは、平均粗さＲａがおよそ１００ｎｍ未満、またはより好ましくは１０ｎｍ未満であることを意味しうる。一般に、平均粗さＲａが目標物４５と電磁石２１との間の距離の１０％未満、好ましくは１％未満である場合、粗さによる影響は無視しうる。平均粗さＲａは、絶対値の算術平均として定義され、次式を用いて計算される。
【数２】
0006533004.tif 000003
ここで、ｎは計算に使用されるデータ点の数であり、ｙは平均表面高さから測定される鉛直表面位置であり、平均表面高さは、高さを測定した点の数で高さの合計を割った値である。
【００５９】
グラフェン層４６を備える目標物４５を設けることによって、電磁場に対する非常に効果的なシールドを得られ、高移動度のためにグラフェン層４６の下方の物体４０に発生する渦電流を低減または防止しうる点で有利である。これにはいくつかの有利な点がある。第１に、測定システムの感度が高まりうる。第２に、物体４０の導電性の変化による電磁センサ２０の安定性への影響が低減されうる。第３に、渦電流の表皮深さ（δ）が低減されうる。したがって、ある所与の感度がセンサに必要とされる場合を仮定すると、許容可能な大きさを越えて表皮深さ（δ）を増やすことなく励起周波数を低減することが可能である。励起周波数を例えばおよそ１ＧＨｚ未満またはより好ましくはおよそ１ＭＨｚから１００ＭＨｚに低減することは、インターフェイスとなる電子機器を単純化しうるとともに電力及び／または放熱を低減しうる点で有利でありうる。
【００６０】
また、高い導電性をもつ目標物４５を設けることは、目標物４５におけるエネルギー損失を小さくしうることを意味する。こうした損失は主として渦電流による目標物４５の抵抗加熱によるものである。目標物４５を加熱することによって、導電性が変化し（すなわち低下し）、表皮深さが変化する（すなわち増える）。これは、熱ドリフトとも呼ばれる表皮深さの変動をもたらし、変動する測定誤差につながる。
【００６１】
好ましくは、グラフェン層４６は、単層すなわち単一の原子層のグラフェン、または複数層のグラフェンすなわちいくつかの単一原子層のグラフェンから形成されていてもよい。いくつかの単一層とは、適切な数の層を意味し、例えば、２層から１０層、または３層から５層であってもよい。数層のグラフェンは、多層グラフェンとも呼ばれる。高い導電性を保つには単層グラフェンが好ましいが、グラフェン層４６の下方の物体４０に発生する渦電流を防止しまたは更に低減するために追加の層すなわちいくつかの層が使用されてもよい。単層のグラフェンは、電磁センサ２０により生成される交番磁場ＡＭＦが弱い場合に有用でありうる。なぜなら、この場合、物体内の渦電流を効果的に低減または防止するために一つの単層のみが必要とされうるからである。層の数は目標物４５の全体的な所望の厚さに達するように選択されてもよい。グラフェンは、非常に低損失に目標物４５の表面のごく近傍に渦電流を生成可能とする高移動度の自由キャリア（電子）を有する。言い換えると、目標物４５と相互作用する交番磁場ＡＭＦの大部分または理想的には全部が、結果として生じる交番磁場ＲＭＦを生じさせうる。
【００６２】
測定軸が、測定される物体４０の表面４１に垂直として定義されてもよい。測定軸ＡＸは図３に示されている。目標物の断面積Ａｔ（図５参照）と電磁石の断面積Ａｅ（図５参照）は、測定軸ＡＸに直交する平面における（断面における）面積として定められうる。ある実施の形態においては、物体４０の表面４１での目標物の断面積Ａｔは、電磁石の断面積Ａｅより大きい。図３におけるＡＡ断面からの平面図が図５に示されている。図５に示されるように、目標物の断面積Ａｔは、電磁石の断面積Ａｅより大きい。ある実施の形態においては、目標物の断面積Ａｔは、好ましくは電磁石の断面積Ａｅの１．５倍から５倍大きく、または好ましくは、目標物の断面積Ａｔは、好ましくは電磁石の断面積Ａｅの２倍から３倍大きい。目標物の断面積Ａｔを電磁石の断面積Ａｅより大きくすることは、目標物の位置についてより高感度を実現することを意味する。なぜなら、それによって交番磁場ＡＭＦと目標物４５との間の相互作用が増加するからである。
【００６３】
グラフェン層４６は、物体４０上に任意の適宜の手段により設けられてもよい。ある実施の形態においては、グラフェン層４６は、物体４０の表面に成膜される。例えば、グラフェン層４６は、化学蒸着を使用して成膜されてもよい。グラフェン層４６は、グラフェン層４６の所望の厚さを実現するように処理されてもよい。例えば、製造、成膜、及び／または処理は、例えばくさび形状の工具を使用するグラフェン層４６の剥離、粘着テープの使用、せん断、例えば（任意的に界面活性剤とともに）溶媒または２つの非混和性の液体を使用する超音波処理、エピタキシー、ナノチューブスライシング、スピンコーティング、超音速スプレー、インターカレーション、レーザの使用、マイクロ波を利用した酸化、物体４０上での目標物４５の成長、グラファイト酸化物の還元、二酸化炭素の還元の使用、ナトリウムエトキシドの熱分解の使用、ロールトゥロール製造プロセスの使用、及び／または「Tang-Lau」法の使用を備えてもよい。グラフェン層４６を製造、成膜、及び／または処理する方法は限定されない。
【００６４】
何らかの理由によりグラフェン層４６が物体４０の表面に適合しない場合には、グラフェン層４６と物体４０の表面４１との間に接着剤を追加的に設けることが必要となりうる。ある実施の形態においては、接着促進層が物体４０上に成膜され、グラフェン層４６が接着促進層上に成膜されてもよい。物体４０の表面は、グラフェン層４６の成膜前に化学的または物理的手段により処理されてもよい。
【００６５】
ある実施の形態においては、目標物４５は、少なくとも１つの隔離層４７をさらに備え、例えば、図６に示されるように、隔離層４７は、グラフェン層を互いに機械的に隔離するように各グラフェン層どうしの間に配置されている。少なくとも１つの隔離層４７を備える以下の実施の形態は、説明する点を除いて上述の実施の形態のいずれかと同じでありうる。隔離層４７は、グラフェン層を互いに実質的に機械的に隔離するよう構成されている。そのため、理想的には、各グラフェン層（例えば４６ａ）は他のグラフェン層（例えば４６ｂ）と接触点を有しない。隔離層４７は、あるグラフェン層から他のグラフェン層への電子のトンネル現象を低減または防止するよう配置されている。
【００６６】
グラフェン層について前述のように、非常に薄いグラフェン層４６（例えば単層）を設けるとともに高周波数（例えばＧＨｚレンジ）を使用することにより、物体内での渦電流の発生を防止または低減する効果的なシールドを提供することができる。しかしながら、サブＧＨｚの周波数レンジ（例えばＭＨｚレンジ）で動作することにも顕著な利点がある。隔離層４７で分離されたグラフェン層４６ａ，４６ｂを有する目標物を設けることにより、低い周波数レンジ例えばサブＧＨｚを使用しながらも、自己加熱を制限または低減しつつ表皮深さδを小さくすることができる。好ましくは、少なくとも１つのグラフェン層４６ａ，４６ｂ、または好ましくはすべてのグラフェン層は、単層グラフェンである。
【００６７】
この実施の形態においては、目標物４５は、２つのグラフェン層４６ａ，４６ｂを備える。多層（すなわち少なくとも１つの隔離層と少なくとも２つのグラフェン層）を備える目標物４５は、多層積層体とも呼ばれる。グラフェン層４６ａ，４６ｂは上述のいずれかの実施の形態におけるグラフェン層４６と同一でありうる。この実施の形態の隔離層４７は、グラフェン層４６ａ，４６ｂを互いに機械的に隔離するように各グラフェン層４６ａ，４６ｂどうしの間に配置されている。更なる隔離層とグラフェン層が目標物４５に含まれてもよい。好ましくは、隔離層とグラフェン層は、グラフェン層の各側でそれらの間に隔離層を交互とし、グラフェン層を互いに機械的に隔離する。
【００６８】
ある実施の形態においては、隔離層４７は、少なくとも１つの金属で形成されていてもよい。金属は、高い導電性を有してもよく、好ましくは、隔離層４７がグラフェン層の両側に隣接し接触して配置されることができるようにグラフェンに適合する。ある実施の形態においては、隔離層４７は、銅、銀、金、及び／またはアルミニウムのうち少なくとも１つを備え、したがって、これらの金属のいずれかを含む合金であってもよい。ある実施の形態においては、隔離層４７は、二硫酸モリブデンを備えてもよい。
【００６９】
多層積層体で形成された目標物４５は、およそ５μｍ以下、好ましくはおよそ０．５μｍから２μｍの範囲、またはより好ましくはおよそ０．５μｍ未満の厚さを有してもよい。多層積層体の厚さとは、多層積層体を構成する全ての層の厚さの合計を指す。それとともにまたはそれに代えて、隔離層の厚さは、およそ１０００ｎｍ以下、好ましくはおよそ０．１ｎｍから１００ｎｍの範囲、またはより好ましくはおよそ１ｎｍから１０ｎｍの範囲である。それとともにまたはそれに代えて、グラフェン層の厚さは、１０００ｎｍ以下、好ましくは０．１ｎｍから１００ｎｍの範囲、またはより好ましくは１ｎｍから１０ｎｍの範囲である。グラフェン層４６ａ，４６ｂの厚さは、互いに実質的に等しくてもよい。隔離層４７の厚さは、グラフェン層４６ａ，４６ｂの一方または両方と等しくてもよい。
【００７０】
ある実施の形態においては、目標物４５は、５層から１５０層のグラフェン層４６（ａ，ｂ）をこれと同数の隔離層４７とともに備えてもよく、好ましくは、目標物４５は、およそ２０層から１００層のグラフェン層をこれと同数の隔離層とともに備えてもよい。グラフェン層４６が物体４０に隣接する場合には（接着剤が介在するか否かにかかわらず）、交互配置のグラフェン層４６（ａ，ｂ）および隔離層４７を備える目標物４５は、隔離層に比べてグラフェン層４６（ａ，ｂ）を１層多く有しうる。隔離層４７が物体４０に隣接する場合には（接着剤が介在するか否かにかかわらず）、交互配置のグラフェン層４６および隔離層４７を備える目標物４５は、グラフェン層４６（ａ，ｂ）に比べて隔離層４７を１層多く有しうる。
【００７１】
ある実施の形態においては、目標物４５の外表面、すなわち電磁石２１に対向する目標物４５の表面は、目標物４５が配置された物体４０の表面４１と実質的に平行であってもよい。言い換えると、多層積層体により形成された目標物４５の厚さは実質的に均一である。この場合、実質的に均一とは、目標物４５の厚さ変動がおよそ１０％以下、またはより好ましくは変動がおよそ５％以下であることを含みうる。
【００７２】
ある実施の形態においては、隔離層４７の厚さは、好ましくは実質的に均一である。言い換えると、隔離層４７の厚さは、目標物４５を通る断面において（すなわち目標物４５の長さおよび幅にわたって）実質的に変化しない。この場合、実質的に均一とは、多層積層体の厚さ変動がおよそ１０％以下、またはより好ましくは変動がおよそ５％以下であることを含みうる。この実施の形態においては、グラフェン層４６ａ，４６ｂの厚さおよび変動は、前述の実施の形態におけるグラフェン層４６に関して説明したとおりであってもよい。
【００７３】
ある実施の形態においては、グラフェン層４６ａ、グラフェン層４６ｂ、及び／または隔離層４７は、その上に互いに成膜されてもよい。例えば、各層は、化学蒸着を使用して成膜されてもよい。グラフェン層４６ａ及び／または４６ｂのいずれかが、グラフェン層４６のための方法のいずれかを使用して形成されてもよい。隔離層４７は、各層の所望の厚さを実現するように処理されてもよい。例えば、成膜及び／または処理は、例えばくさび形状の工具を使用する少なくとも１つの層の剥離、粘着テープの使用、せん断、例えば（任意的に界面活性剤とともに）溶媒または２つの非混和性の液体を使用する超音波処理、エピタキシー、ナノチューブスライシング、スピンコーティング、超音速スプレー、インターカレーション、レーザの使用、マイクロ波を利用した酸化、及び／または物体４０上に目標物４５を形成すべく各層の上に互いに成長させることを備えてもよい。グラフェン層４６ａ，４６ｂまたは隔離層４７を製造、成膜、及び／または処理する方法は限定されない。
【００７４】
何らかの理由により隔離層４７とグラフェン層４６が互いに適合しない場合には、接着剤を追加的に設けることが必要となりうる。ある実施の形態においては、接着促進層が物体４０上に成膜され、グラフェン層４６が接着促進層上に成膜されてもよい。物体４０の表面は、グラフェン層４６の成膜前に化学的または物理的手段により処理されてもよい。グラフェン層４６を製造、成膜、及び／または処理する方法は限定されない。
【００７５】
ある実施の形態においては、グラフェン層４６どうしの間に隔離層４７を設けることは、目標物４５が下方の物体４０における渦電流を効果的に低減または防止するために使用されることができることを意味する。追加の層（すなわち少なくとも１つの隔離層を設けることによって）を有することは、グラフェン層４６に数層または１層のみのグラフェンを使用しうることを意味し、それにより高い導電性を保持できる。
【００７６】
ある好ましい実施の形態においては、電磁センサ２０は、電磁石２１の表面上にグラフェンセンサ層４８をさらに備えてもよい。電磁石２１上のグラフェンセンサ層４８は、ここに説明する点を除いてグラフェン層４６と同じであってもよい。グラフェンセンサ層４８は、グラフェン層４６に関して説明したいずれかまたはすべての有利な点を有しうる。とくに、グラフェンセンサ層４８を使用することにより、高導電性材料の使用による目標物４５と同様のグラフェンセンサ層４８における加熱による損失が低減（または防止）される。そのため、グラフェンセンサ層４８は、表皮深さの熱ドリフトを低減または防止し、それによりセンサの精度が向上される。グラフェンセンサ層４８は、電磁センサ２０に配置され実質的に均一ではない点で目標物４５のグラフェン層４６と異なっていてもよい。
【００７７】
図７Ａに示される例示的な実施の形態に示されるように、電磁石２１はコイルを備えてもよい。ここに説明されるコイルは上述のいずれかの実施の形態において（グラフェンセンサ層４８とともに、またはグラフェンセンサ層４８無しで）使用されてもよい。図７Ａに示されるように、コイルは、平坦なコイルであってもよい。この平坦コイルを上方に見た図が図７Ｂに示されている。図７Ａおよび図７Ｂは例示であり、電磁石２１の形状は限定されない。ある実施の形態においては、ヘリカルコイルが使用されてもよい。測定軸ＡＸに実質的に垂直な長手方向軸を有するヘリカルコイルが使用されてもよい。例えば図示されるような平坦コイルは、ヘリカルコイルよりも良好な機械的安定性を有しうるので、コイルのすべての巻線を目標物４５に近接させることができるという点で有利である。ある実施の形態においては、電磁センサ２０は、コイルが巻き付けられたフェライト磁石を備えてもよい。このようにすることで、交番磁場ＡＭＦがフェライト磁石内に閉じ込められ、交番磁場ＡＭＦが電磁センサ２０の周囲に広がることが避けられる。しかしながら、この種のコイルは、平坦コイルに比べて機械的安定性が低くなりうる。また、フェライト材料は、低い周波数では高い透磁率（磁場をフェライト材料内部に閉じ込めるのに役立つ）を有するが、高い周波数（ＭＨｚレンジ）では透磁率が顕著に低下し、有益な効果は消失して自己加熱が高まりうる。
【００７８】
図７Ａおよび図７Ｂに示される電磁センサは、コイル上にグラフェンセンサ層４８を備える。この実施の形態においては、グラフェンセンサ層４８は、コイル上でパターンを有してもよい。このパターンは、グラフェンセンサ層４８の有利な効果、例えば熱ドリフトの低減または最小化に最適となるように選択されてもよい。
【００７９】
ある実施の形態においては、電磁石２１の表面上のグラフェンセンサ層４８の外表面は、およそ１００ｎｍ未満、または好ましくは１０ｎｍ未満の平均粗さＲＡを有してもよい。一般に、平均粗さＲａが目標物４５と電磁石との間の距離の１０％未満、好ましくは１％未満である場合、粗さによる影響は無視しうる。グラフェンセンサ層４８の表面の粗さは、電磁センサ２０の伝達特性に影響しうる。
【００８０】
この実施の形態においては、測定システムは、目標物４５を備えなくてもよい。言い換えると、高導電性材料のグラフェンセンサ層４８は、物体４０ではなく、電磁石２１上に形成されてもよい。
【００８１】
更なるある実施の形態は、上述のいずれかの実施の形態に説明された測定システムを使用して物体４０の位置を測定する方法を含む。本方法は、交番磁場ＡＭＦを発生させるべく電磁石２１を駆動することと、物体４０上の目標物４５に対し電磁センサ２０を、交番磁場ＡＭＦが目標物４５と相互作用し交番磁場ＡＭＦを変化させて電磁石２１の電気インピーダンスパラメータを変化させるように、位置決めすることと、電磁石２１の電気インピーダンスパラメータを測定することと、電磁石２１の電気インピーダンスパラメータに基づいて物体４０の位置を決定することと、を備える。
【００８２】
あるいは、本方法は、グラフェンセンサ層４８をさらに備える電磁センサ２０のいずれかの実施の形態を使用する場合、目標物を有しない物体の位置を測定してもよい。この実施の形態においては、本方法は、交番磁場ＡＭＦを発生させるべく電磁石２１を駆動するステップと、物体４０に対しセンサを、交番磁場ＡＭＦが物体と相互作用し交番磁場ＡＭＦを変化させて電磁石の電気インピーダンスパラメータを変化させるように、位置決めするステップと、電磁石の電気インピーダンスパラメータを測定するステップと、電磁石の電気インピーダンスパラメータに基づいて物体４０の位置を決定するステップと、を備えてもよい。
【００８３】
上述のいずれかの実施の形態の測定システムは、リソグラフィ装置の各種構成要素の位置を測定するために使用されてもよい。リソグラフィ装置は、パターニングデバイスによってパターン形成されたビームを基板上に投影することによってデバイスを製造するために使用されてもよい。あるいは、測定システムは、適切であれば、リソグラフィ分野の外で使用されてもよい。とりわけ、測定システムは、とくに高精度を必要とする任意の物体の位置を測定するのに有用でありうる。例えば、測定システムは、例えば電子顕微鏡、宇宙機器など任意の科学的及び／または精密な測定システムに使用されてもよい。
【００８４】
上述のいずれかの実施の形態は、多数の測定システムを備えてもよく、それらは異なる自由度で物体４０の位置を測定するために使用されてもよい。多数の測定システムは、物体４０が傾斜しているか否かを決定するために使用されてもよい。多数の測定システムが使用される場合、各測定システムの処理ユニット２６は、別々であってもよい。しかしながら、少なくとも１つの処理ユニット（ただし全部である必要はない）が、例えば単一のコントローラとして、組み合わされてもよい。それに加えてまたはそれに代えて、測定システムは、そのほかの任意の形式のセンサとともに使用されてもよい。測定システムは、他の形式のセンサシステムに統合されていてもよい。
【００８５】
上述のいずれかの実施の形態の物体４０は、いかなる物体であってもよく、とくに限定されない。測定システムは、高精度の位置測定を必要とするのでリソグラフィ装置においてとくに有用でありうる。物体４０は、例えばパターニングデバイス、投影システム及び／または照明システムの構成要素、投影システム及び／または照明システムなどリソグラフィ装置のいかなる構成要素であってもよく、または、例えば基板テーブル、支持テーブル及び／または支持構造など、正確な位置決めを必要とする構成要素を支持するよう構成された支持部であってもよい。物体４０は、支持部を移動させるために使用される構成要素であってもよい。物体４０は、リソグラフィ装置内部の構成要素には限定されない。とくに、説明した電磁センサ２０の利点の一つは概して、リソグラフィ装置に関係するか否かによらず多くの利用分野においてセンサが使用されるように、センサ周囲の環境変化が測定に与える影響を小さくすることにある。
【００８６】
本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本書に説明されたリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁区メモリ用案内パターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造など他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。当業者であればこれらの他の適用に際して、本書における「ウェーハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「目標部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。本書に言及される基板は、露光前または露光後において例えばトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本書における基板という用語は処理済みの多数の層を既に含む基板をも意味する。
【００８７】
本書に使用される「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射（例えば約４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長を有する）含むあらゆる種類の電磁放射を包含する。「レンズ」という用語は、文脈の許す限り、屈折および反射光学部品を含む様々な種類の光学部品のいずれか、またはその組合せを指してもよい。
【００８８】
以上では本発明の特定の実施形態を説明したが、本発明は、説明したものとは異なる方式で実施されうることが理解される。
【００８９】
本書に記載の任意のコントローラは、各々が、または組み合わされて、リソグラフィ装置の少なくとも１つの構成要素内部に設けられた１つまたは複数のコンピュータプロセッサによって１つまたは複数のコンピュータプログラムが読み取られたときに動作可能であってもよい。コントローラは、各々が、または組み合わされて、信号を受信し処理し送信するのに適切ないかなる構成を有してもよい。１つまたは複数のプロセッサは少なくとも１つのコントローラに通信するように構成されていてもよい。例えば、各コントローラが上述の方法のための機械読み取り可能命令を含むコンピュータプログラムを実行するための１つまたは複数のプロセッサを含んでもよい。コントローラはコンピュータプログラムを記録するデータ記録媒体及び／またはそのような媒体を受けるハードウェアを含んでもよい。よってコントローラは１つまたは複数のコンピュータプログラムの機械読み取り可能命令に従って動作してもよい。
【００９０】
本発明の１つまたは複数の実施の形態はいかなる液浸リソグラフィ装置に適用されてもよい。上述の形式のものを含むがこれらに限られない。液浸液が浴槽形式で提供されてもよいし、基板の局所領域のみに提供されてもよいし、非閉じ込め型であってもよい。非閉じ込め型においては、液浸液が基板及び／または基板テーブルの表面から外部に流れ出ることで、基板テーブル及び／または基板の覆われていない実質的に全ての表面が濡れ状態であってもよい。非閉じ込め液浸システムにおいては、液体供給システムは液浸液を閉じ込めなくてもよいし、液浸液の一部が閉じ込められるが実質的に完全には閉じ込めないようにしてもよい。
【００９１】
本明細書に述べた液体供給システムは広く解釈されるべきである。ある実施形態においては投影システムと基板及び／または基板テーブルとの間の空間に液浸液を提供する機構または構造体の組合せであってもよい。１つまたは複数の構造体、及び１つまたは複数の流体開口の組合せを含んでもよい。流体開口は、１つまたは複数の液体開口、１つまたは複数の気体開口、１つまたは複数の二相流のための開口を含む。開口のそれぞれは、液浸空間への入口（または流体ハンドリング構造からの出口）または液浸空間からの出口（または流体ハンドリング構造への入口）であってもよい。ある実施の形態においては、液浸空間の表面は基板及び／または基板テーブルの一部であってもよい。あるいは液浸空間の表面は基板及び／または基板テーブルの表面を完全に含んでもよいし、液浸空間が基板及び／または基板テーブルを包含してもよい。液体供給システムは、液浸液の位置、量、性質、形状、流速、またはその他の性状を制御するための１つまたは複数の要素をさらに含んでもよいが、それは必須ではない。
【００９２】
上述の説明は例示であり、限定を意図しない。よって、後述の特許請求の範囲から逸脱することなく既述の本発明に変更を加えることができるということは、関連技術の当業者には明らかなことである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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