用于电容式测量系统的有源屏蔽技术方案

一种产生表示对一目标的测量位置或距离的测量信号的电容式测量系统。该系统具有第一电路，其包括：薄膜电容式传感器(1a)，配置成提供取决于测量位置或距离的传感器电容；电缆(30a)，包括传感器接线(31a)和同轴屏蔽导体(32a)，电缆具有远程末端和本地末端，传感器接线在电缆的本地末端处电连接到电容式传感器；电压源(24a)，具有在电缆的远程末端处连接至传感器接线的输出端子，并被配置成供给电容式传感器能量，并以与传感器接线大致相同的电压供给屏蔽导体能量；以及电流测量电路(21a)，其具有第一和第二输入端子和一输出端子，电流测量电路与电压源和传感器接线串联连接，其中第一输入端子连接到电压源的输出端子并且第二输入端子在电缆的远程末端处连接到传感器接线，电流测量电路布置成测量在传感器接线中流动的电流并且在输出端子处产生测量信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电容式测量系统的有源屏蔽
本专利技术涉及用于距离测量的电容式传感器，并且尤其是涉及用于测量对于光刻设备内的目标的距离的电容式传感器。
技术介绍
在许多应用中，非常精确地测量电流都是很重要的。例如，带电粒子和光学光刻机器与检测机器通常都会需要对从该机器的最终透镜元件到晶圆或是其它待曝光或检测的目标的表面的距离进行高度准确的测量。这些机器以及其它具有可移动部件的装置经常要求各种部件精确地对齐，而这种精确对齐可通过测量从可移动部件到一参考点的距离来实现。在这样的要求精细的位置或距离测量的应用中可利用电容式传感器。当将能量供给电容式传感器之后，电流会流经该传感器，并且此电流会依照传感器元件与相对表面之间的距离而改变。可利用对此电流的精确测量结果来准确地确定该所测距离。为对电流进行测量，可利用一测量电路，其中以待测量的电流作为输入而且提供测量信号作为输出，该信号通常为电压的形式，同时可被进一步处理并转换成数字信号。但存在若干因素会导致这种测量电路中的误差。这些因素包括测量电路的输入电路内的杂散阻抗；输入电路的有限共模抑制比(CMRR)；以及该测量电路中与共模无关的传送功能上的不准确度。这样的杂散阻抗的值可例如根据诸如温度这样的因素而变化，并且输入的干扰也可能随着时间而改变。从而导致难以对这些影响进行补偿。通常有必要将用于驱动电容式传感器以及用于产生所期望的测量信号的电子测量电路设置在与传感器相距一段距离处，原因是其中设置有传感器的不友善环境，或者缺少适当空间以供这些电路设置在靠近传感器之处。在诸如EUV和带电粒子系统的现代光刻应用中，这些传感器通常放置在对于污染物和外部干扰非常敏感的真空环境内，并且如果它们位于真空环境内，则在从电路上去除热能方面会产生问题，同时对这些电路的维护也造成妨碍。这些传感器与设置在远程处的驱动和测量电路之间的线路连接会将寄生电容引入系统内，故而影响到传感器的读数。如果能够将测量电路设置在传感器探针处，则可直接地且正确地测量传感器电流。由于被布线系统引入的这些并行寄生电容，因此在具有设置在远程的测量电路的系统里通常会避免进行对传感器内电流的测量。传统的解决方案会引入需要加以考虑的测量误差，通常通过校准组合起来的传感器和接线装置来解决这种误差。接线连接越长，这些问题就会愈加地严峻。对于校准传感器以及传感器接线的需求会降低设计和构建传感器系统的灵活性并且提高了它们的成本，此外每当更换传感器或其接线时还另需进行再校准，因而使得更换操作变得复杂、耗时且成本高昂。
技术实现思路
本专利技术寻求解决或减轻上述缺点，以提供经改善的电容式测量系统，用于产生代表对一目标的测量位置或距离的测量信号。该系统包括：第一电路，其包括配置成提供取决于测量位置或距离的传感器电容的薄膜电容式传感器；电缆，其包括传感器接线和同轴屏蔽导体，该电缆具有远程末端和本地末端，该传感器接线在电缆的本地末端处电连接到电容式传感器；电压源，其具有在所述电缆的远程末端处连接至所述传感器接线的输出端子，并且被配置成供给所述电容式传感器能量，并以与所述传感器接线大致相同的电压供给所述屏蔽导体能量；以及电流测量电路，其具有第一和第二输入端子和一输出端子，电流测量电路与电压源和传感器接线串联连接，其中第一输入端子连接到电压源的输出端子并且第二输入端子在电缆的远程末端处连接到传感器接线，电流测量电路布置成测量在所述传感器接线中流动的电流并且在其输出端子处产生测量信号。该系统的配置提供能够产生非常精确的距离与位置测量结果的低成本系统。利用传感器的薄膜构造使得能够利用低成本的制造技术并且避免传统电容式传感器的昂贵精密制造处理。利用电压源供给电容式传感器能量，而非更复杂的电流源，可降低电路的成本及复杂度而不会牺牲测量结果的准确度。利用将电缆与有源屏蔽相连的配置使得电路(例如电压源和电流测量电路)能够被设置成远离传感器。这点具有显著意义，原因是一般说来由于在该传感器位置处缺少空间或者由于其它限制状况而难以将这些电路设置在靠近这些传感器之处。电压源与电流测量电路，以及它们对电缆和传感器的连接的布置方式提供了一种手段，其能以简单的布置方式抵消由连接传感器与测量电路的电缆系统所引入的寄生电容的效应，这减少或消除在传统解决方案中存在的测量误差来源。这些因素可促成一种位置/距离测量系统，该系统能够应用于众多状况，而可实现低成本但能对光刻或其它类型复杂系统内的许多可移动构件的位置进行精确测量和控制。测量系统的传感器接线和屏蔽导体可为同轴电缆的元件，该传感器接线包括同轴电缆的缆芯导体，并且该屏蔽导体包括同轴电缆的外部导体。同轴电缆可以为三轴式电缆，其进一步包括同轴于且围绕于屏蔽导体的接地外部屏蔽导体。测量系统可进一步包括第二电路，该第二电路包含第二电容式传感器、包括第二传感器接线和第二屏蔽导体的第二电缆、第二电压源以及第二电流测量电路，所述第二电路按照与第一电路相同的方式布置，其中电压源和第二电压源产生彼此为180度反相位的电压，以便为按差分对方式布置的电容式传感器和第二电容式传感器供给电能。测量系统的电压源可配置成产生三角AC电压波形，并且该电压源可进一步配置成产生具有恒定频率、恒定振幅以及交替的具有恒定斜率的正与负斜率的波形。该测量系统可配置成使得由电压源供应给传感器接线及屏蔽导体的电压为大致相同。该屏蔽导体可直接地连接至电压源的输出。测量系统可配置成驱动屏蔽导体并且将该屏蔽导体耦接至传感器接线，使得传感器接线上的电压会依循屏蔽导体上的电压。这是与传统布置方式相反的情况，传统布置方式中是驱动传感器接线并且该传感器接线上的电压会被复制到屏蔽导体上。测量系统可进一步包括屏蔽驱动器，该屏蔽驱动器串联在电压源与电流测量电路之间。该屏蔽驱动器的输出可被导引连接至屏蔽导体，以按大致相同的电压来驱动传感器接线和屏蔽导体。本专利技术进一步提供一种电容式测量系统，该系统包含：电缆，该电缆包括传感器接线以用于连接至电容式传感器，该电缆还具有屏蔽导体；电压源，用于供应电压给传感器接线和屏蔽导体能量；电流测量电路，其串联在电压源与传感器接线之间，用于对传感器接线中的电流进行测量；以及屏蔽驱动器，其串联在电压源与电流测量电路之间，屏蔽驱动器的输出直接地连接到屏蔽导体；其中系统配置成使得屏蔽驱动器直接地驱动屏蔽导体而且经由电流测量电路驱动传感器接线。在另一方面中，本专利技术包括一种用于前述系统的电容式测量装置，该装置包含：电压源；电流测量电路，其具有连接至电压源的输出的第一端子；连接点，用于将传感器电缆的传感器接线连接至电流测量电路的第二端子；以及连接点，用于将传感器电缆的屏蔽导体直接地连接至电压源的输出。在进一步的方面中，本专利技术包括一种用于测量电容的方法，包括：将电容式传感器连接至传感器接线的第一末端；提供屏蔽导体(32a)，其适用于将传感器接线与电干扰屏蔽；将交流电压供应至传感器接线的第二末端且供应至屏蔽导体；以及对在传感器接线内流动的电流进行测量。在又另一方面中，本专利技术提供一种用于处理含有第一信号和第二反信号的差分测量信号的测量电路，该电路包含：第一电路，其用于产生多个相位偏移基准信号；以及第一采样电路，用于在第一正循环期间采样该第一信号，以及在第二正循环期间采样该第二反信号，以产生第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式测量系统，用于产生表示对于目标的测量位置或距离的测量信号，该系统具有第一电路，其中包括：薄膜电容式传感器(1a)，其配置成提供取决于所述测量位置或距离的传感器电容；电缆(30a)，其包括传感器接线(31a)和同轴屏蔽导体(32a)，所述电缆具有远程末端和本地末端，所述传感器接线在所述电缆的本地末端处电连接到所述电容式传感器；电压源(24a)，其具有在所述电缆的远程末端处连接至所述传感器接线的输出端子，并且被配置成供给所述电容式传感器能量，并以与所述传感器接线大致相同的电压供给所述屏蔽导体能量；以及电流测量电路(21a)，其具有第一和第二输入端子和一输出端子，所述电流测量电路与所述电压源和所述传感器接线串联连接，其中所述第一输入端子连接到所述电压源的输出端子并且所述第二输入端子在所述电缆的远程末端处连接到所述传感器接线，所述电流测量电路布置成测量在所述传感器接线中流动的电流并且在其输出端子处产生测量信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.30 US 61/503,5551.一种电容式测量系统，用于产生表示对于目标的测量位置或距离的测量信号，该系统具有第一电路，其中包括：薄膜电容式传感器(1a)，其配置成提供取决于所述测量位置或距离的传感器电容；电缆(30a)，其包括传感器接线(31a)和同轴屏蔽导体(32a)，所述电缆具有远程末端和本地末端，所述传感器接线在所述电缆的本地末端处电连接到所述薄膜电容式传感器；电压源(20a)，其具有在所述电缆的远程末端处连接至所述传感器接线和连接至同轴屏蔽导体的输出端子，并且被配置成以基本上相同的电压为所述薄膜电容式传感器和所述同轴屏蔽导体供给能量；以及电流测量电路(21a)，其具有第一和第二输入端子和一输出端子，所述电流测量电路串联连接在所述电压源的输出端子与在所述电缆的远程末端处的所述传感器接线之间，其中所述第一输入端子连接到所述电压源的输出端子并且所述第二输入端子在所述电缆的远程末端处连接到所述传感器接线，所述电流测量电路布置成测量在所述传感器接线中流动的电流并且在所述电流测量电路的输出端子处产生测量信号。2.如权利要求1所述的系统，其中所述同轴屏蔽导体直接地连接到所述电压源的输出端子。3.如权利要求1或2所述的系统，其中所述电压源配置成在其输出端子处产生AC电压波形。4.如权利要求1所述的系统，其中所述电压源配置成产生具有恒定频率、恒定峰值振幅以及交替的具有恒定斜率的正与负斜率的波形。5.如权利要求1所述的系统，其中所述电流测量电路(21a)为适用于在其输出端子处产生测量信号的电流电压转换器(54a)，该测量信号为表示在所述传感器接线中流动的电流的电压，所述系统进一步包括减法电路(55a)，该减法电路用于从所述测量信号中减去用于供给所述薄膜电容式传感器能量的电压波形，以产生经修改的测量信号。6.如权利要求5所述的系统，进一步包括采样电路(56a)，其用于在所述经修改的测量信号的循环的预定的一部分对所述经修改的测量信号重复进行采样，以产生采样测量信号。7.如权利要求5或6所述的系统，进一步包括第一低通过滤器(57a)，其用于过滤采样测量信号，以产生指示由所述电流测量电路产生的所述测量信号的峰值振幅的经过滤的测量信号。8.如权利要求1所述的系统，其中所述电流测量电路包括一个或多个电源端子，以及配置成将电压供应给所述一个或多个电源端子的电源电路，并且其中所述系统进一步包括从所述电压源的输出端子到所述电源电路的连接，用于对供应给所述一个或多个电源端子的电压进行偏压。9.如权利要求1所述的系统，进一步包括第二电路，所述第二电路包含第二电容式传感器(1b)、第二传感器接线(31b)和第二屏蔽导体(32b)、第二电压源(20b)以及第二电流测量电路(21b)，所述第二电路按照与所述第一电路相同的方式布置，其中所述电压源和所述第二电压源产生彼此为180度反相位的电压，以便为按差分对方式布置的所述薄膜电容式传感器和所述第二电容式传感器供给电能。10.如权利要求9所述的系统，其中所述第二电压源配置成产生具有恒定频率、恒定峰值振幅以及交替的具有恒定斜率的正与负斜率的波形，并且其中所述第二电流测量电路(21b)为第二电流电压转换器(54b)，该第二电流电压转换器适用于在其输出端子处产生第二测量信号，该第二测量信号为表示在所述第二传感器接线中流动的电流的电压，所述系统进一步包括第二减法电路(55b)，该第二减法电路用于从所述第二测量信号减去用于供给所述第二电容式传感器电能的电压波形，以产生第二经修改的测量信号。11.如权利要求7所述的系统，进一步包括第二电路，所述第二电路包含第二电容式传感器(1b)、第二传感器接线(31b)和第二屏蔽导体(32b)、第二电压源(20b)以及第二电流测量电路(21b)，所述第二电路按照与所述第一电路相同的方式布置，其中所述电压源和所述第二电压源产生彼此为180度反相位的电压，以便为按差分对方式布置的所述薄膜电容式传感器和所述第二电容式传感器供给电能；其中所述第二电压源配置成产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：C沃伯格，R莫赛尔，KP帕德耶，E德科克，W维斯，
申请(专利权)人：迈普尔平版印刷IP有限公司，
类型：
国别省市：