CN109520403A - 电容传感器测量电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电容传感器测量电路及方法，所述电容传感器测量电路包括控制器、基准电压充电电路、电容桥电路和信号处理电路，其中：所述基准电压充电电路包括第一充电电路和第二充电电路，所述控制器为所述第一充电电路提供第一基准电压，所述控制器为所述第二充电电路提供第二基准电压；所述电容桥电路包括第一电容电路和第二电容电路，所述第一充电电路为所述第一电容电路充电，使第一电容电路产生第一信号；所述第二充电电路为所述第二电容电路充电，使第二电容电路产生第二信号；所述第一充电电路的充电和所述第二充电电路的充电交替发生；所述信号处理电路对所述第一信号和所述第二信号进行处理。

Description

电容传感器测量电路及方法

技术领域

本发明涉及电容测量技术领域，特别涉及一种电容传感器测量电路及方法。

背景技术

在光刻系统中，电容传感器式测量仪器应用于掩模台垂向系统，一般用于掩膜台垂向位移量的测量、掩膜台水平位移量的测量和掩膜台位置监测。在电容传感器式测量仪器中，通过电容两个极板间距离的变化，从而使电容量产生变化，通过测量电容量变化引起的电压变化，就可以测量出两个极板间距离的变化。但针对特定的场合，如强磁强电场的环境下，电容极易受干扰，磁场会使电容的极板电荷发生跳动，测量的值不准确。另外，现有的电容传感器测量电路拓扑结构易受干扰，很多电容传感器采用模拟结构，或者调频测量结构，信号适应性不强，处理后信号抗干扰能力不足，模拟信号在现场易受其它差模信号干扰，输出信号纹波大，稳定时间长。

因此，需要设计一种不易受到干扰的电容传感器测量电路及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容传感器测量电路及方法，以解决现有的电容传感器测量仪器易受到干扰的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电容传感器测量电路，所述电容传感器测量电路用于测量光刻系统中掩膜台本体和操作机构之间的位移，所述电容传感器测量电路包括控制器、基准电压充电电路、电容桥电路和信号处理电路，其中：

所述基准电压充电电路包括第一充电电路和第二充电电路，所述控制器为所述第一充电电路提供第一基准电压，所述控制器为所述第二充电电路提供第二基准电压；

所述电容桥电路包括第一电容电路和第二电容电路，所述第一电容电路和所述第二电容电路中包括多个电容，每个所述电容的两个极板间的距离与电容电压成正比，每个所述电容的两个极板分别位于所述掩膜台本体和操作机构上；

所述第一充电电路为所述第一电容电路充电，使所述第一电容电路根据其自身中电容的所述电容电压产生第一信号；所述第二充电电路为所述第二电容电路充电，使所述第二电容电路根据其自身中电容的所述电容电压产生第二信号；所述第一充电电路的充电和所述第二充电电路的充电交替发生；

所述第一信号和所述第二信号提供至所述信号处理电路中，形成差分信号，由所述差分信号的变化得到所述掩膜台的位移，其中，所述差分信号的变化与所述掩膜台的位移成正比。

可选的，在所述的电容传感器测量电路中，所述第一充电电路包括第一放大器和第一开关，其中：所述第一基准电压提供至所述第一放大器的输入端，所述第一开关连接所述第一放大器的输出端；

所述第二充电电路包括第二放大器和第二开关，其中：所述第二基准电压提供至所述第二放大器的输入端，所述第二开关连接所述第二放大器的输出端。

可选的，在所述的电容传感器测量电路中，所述第一电容电路中的多个所述电容分别形成第一并联电路和第二并联电路，所述第一并联电路和所述第二并联电路并联形成第三并联电路，所述第三并联电路包括第一端和第二端，所述第一端连接第一开关，所述第二端接地；所述第二电容电路中的多个所述电容分别形成第四并联电路和第五并联电路，所述第四并联电路和所述第五并联电路并联形成第六并联电路，所述第六并联电路包括第三端和第四端，所述第三端连接第二开关，所述第四端接地。

可选的，在所述的电容传感器测量电路中，所述第一电容电路还包括第一电感，所述第一电感一端连接所述第一并联电路和所述第一开关，另一端连接所述第二并联电路；所述第二电容电路还包括第二电感，所述第二电感一端连接所述第四并联电路和所述第二开关，另一端连接所述第五并联电路。

可选的，在所述的电容传感器测量电路中，所述电容桥电路还包括放电电路，所述第一电容电路和所述第二电容电路通过所述放电电路放电。

可选的，在所述的电容传感器测量电路中，所述放电电路包括一放电电容，所述放电电容的一端连接所述第一电容电路，所述放电电容的另一端连接所述第二电容电路。

可选的，在所述的电容传感器测量电路中，所述放电电路还包括两个放电电阻，两个所述放电电阻的一端分别连接第一电容电路和第二电容电路，两个所述放电电阻的另一端连接所述信号处理电路。

可选的，在所述的电容传感器测量电路中，所述第一电容电路还包括第三放大器，所述第三放大器的输入端连接所述第三并联电路的第一端，所述第三放大器的输出端连接所述第三放大器的输入端，所述第三放大器的输出端还连接所述放电电路；

所述第二电容电路还包括第四放大器，所述第四放大器的输入端连接所述第六并联电路的第三端，所述第四放大器的输出端连接所述第四放大器的输入端，所述第四放大器的输出端还连接所述放电电路。

可选的，在所述的电容传感器测量电路中，所述信号处理电路包括第三开关、第四开关和第五放大器，其中：

所述第三开关的一端连接所述第一电容电路，所述第三开关的另一端连接第五放大器的输入端；

所述第四开关的一端连接所述第二电容电路，所述第四开关的另一端连接第五放大器的输入端。

可选的，在所述的电容传感器测量电路中，所述信号处理电路还包括模数转换电路，所述第五放大器的输出端连接所述模数转换电路，所述模数转换电路连接所述控制器。

本发明还提供一种电容传感器测量方法，所述电容传感器测量方法用于测量光刻系统中掩膜台本体和操作机构之间的位移，所述电容传感器测量方法包括：

所述控制器为所述第一充电电路提供第一基准电压，所述控制器为所述第二充电电路提供第二基准电压；

所述第一电容电路和所述第二电容电路中的每个所述电容的两个极板间的距离与电容电压成正比，每个所述电容的两个极板分别放置于所述掩膜台本体和操作机构上；

所述第一充电电路为所述第一电容电路充电，使所述第一电容电路根据其自身中电容的所述电容电压产生第一信号；所述第二充电电路为所述第二电容电路充电，使所述第二电容电路根据其自身中电容的所述电容电压产生第二信号；所述第一充电电路的充电和所述第二充电电路的充电交替发生；

所述第一信号和所述第二信号提供至所述信号处理电路中，形成差分信号，由所述差分信号的变化得到所述掩膜台的位移，其中，所述差分信号的变化与所述掩膜台的位移成正比。

在本发明提供的电容传感器测量电路及方法中，通过所述第一充电电路为所述第一电容电路充电，使第一电容电路产生第一信号；所述第二充电电路为所述第二电容电路充电，使第二电容电路产生第二信号；所述第一充电电路的充电和所述第二充电电路的充电交替发生，所述第一信号和所述第二信号产生叠加的差分信号，由所述差分信号的变化得到所述掩膜台的位移。其中，信号处理电路对叠加的差分信号进行处理，若干扰信号对第一信号产生干扰，则干扰信号也会对第二信号产生干扰，第一信号和第二信号叠加时，即通过差分处理时，使第一信号中的干扰因素和第二信号中的干扰因素相抵消，从而提高电容传感器测量电路的抗干扰能力，提高测量精度。

附图说明

图1是本发明电容传感器测量电路原理示意图；

图2～3是本发明电容传感器测量电路电压波形示意图；

图中所示：10-基准电压充电电路；11-第一充电电路；12-第二充电电路；20-电容桥电路；21-第一电容电路；22-第二电容电路；23-放电电路；30-信号处理电路；31-模数转换电路；40-控制器；41-第一数模转换模块；42-第二数模转换模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的电容传感器测量电路及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于提供一种电容传感器测量电路及方法，以解决现有的电容传感器测量仪器易受到干扰的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种电容传感器测量电路及方法，所述电容传感器测量电路用于测量光刻系统中掩膜台本体和操作机构之间的位移，所述电容传感器测量电路包括控制器、基准电压充电电路、电容桥电路和信号处理电路，其中：所述基准电压充电电路包括第一充电电路和第二充电电路，所述控制器为所述第一充电电路提供第一基准电压，所述控制器为所述第二充电电路提供第二基准电压；所述电容桥电路包括第一电容电路和第二电容电路，所述第一电容电路和所述第二电容电路中包括多个电容，每个所述电容的两个极板间的距离与电容电压成正比，每个所述电容的两个极板分别位于所述掩膜台本体和操作机构上；所述第一充电电路为所述第一电容电路充电，使所述第一电容电路根据其自身中电容的所述电容电压产生第一信号；所述第二充电电路为所述第二电容电路充电，使所述第二电容电路根据其自身中电容的所述电容电压产生第二信号；所述第一充电电路的充电和所述第二充电电路的充电交替发生；所述第一信号和所述第二信号提供至所述信号处理电路中，形成差分信号，由所述差分信号的变化得到所述掩膜台的位移，其中，所述差分信号的变化与所述掩膜台的位移成正比。

<实施例一>

本发明具体实施方式中提供一种电容传感器测量电路，所述电容传感器测量电路用于光刻系统中的掩膜台，具体的，所述电容传感器测量电路用于测量光刻系统中掩膜台本体和操作机构之间的位移。如图1所示，所述电容传感器测量电路包括控制器40、基准电压充电电路10、电容桥电路20和信号处理电路30，其中：所述基准电压充电电路10包括第一充电电路11和第二充电电路12，所述控制器40通过第一数模转换模块41为所述第一充电电路11提供第一基准电压，所述控制器40通过第二数模转换模块42为所述第二充电电路12提供第二基准电压，第一数模转换模块41和第二数模转换模块42将控制器40输出的数字信号转换为模拟信号；所述电容桥电路20包括第一电容电路21和第二电容电路22，所述第一电容电路21和所述第二电容电路22中包括多个电容，每个所述电容的两个极板间的距离与电容电压成正比，每个所述电容的两个极板分别位于所述掩膜台本体和操作机构上；所述第一充电电路11中的多个电容是并联的，而且并联的各个电容的两个极板安装在一起，即并联的各个电容的极板间距离保持一致，同样的，所述第二充电电路12中的多个电容是并联的，且其中并联的各个电容的极板间距离保持一致。所述第一充电电路11为所述第一电容电路21中的多个电容充电，由于所述多个电容是并联的，且各个电容的极板间距离保持一致，因此第一充电电路11为各个电容充电过程中，产生的电容电压是相等的，并联在一起并不会出现信号冲突的问题，而且还会提供精确度，多个并联的电容产生的电容电压也是并联且相等，该电容电压即为第一电容电路21产生的第一信号；由于第二电容电路22和第一电容电路21的结构完全相同，因此电路机理也相同，这里不予赘述。所述第二充电电路12为所述第二电容电路22中的多个电容充电，使第二电容电路22中的电容产生第二信号；所述第一充电电路11的充电和所述第二充电电路12的充电交替发生。所述信号处理电路30对所述第一信号和所述第二信号进行处理，即所述第一信号和所述第二信号提供至所述信号处理电路30中，形成差分信号，由所述差分信号的变化得到所述掩膜台的位移，其中，所述差分信号的变化与所述掩膜台的位移成正比。

在本实施例中提供的电容传感器测量电路中，通过所述第一充电电路11为所述第一电容电路21充电，使第一电容电路21产生第一信号；所述第二充电电路12为所述第二电容电路22充电，使第二电容电路22产生第二信号；所述第一充电电路11的充电和所述第二充电电路12的充电交替发生，所述第一信号和所述第二信号产生叠加的差分信号，由所述差分信号的变化得到所述掩膜台的位移。其中，信号处理电路30对叠加的差分信号进行处理，若干扰信号对第一信号产生干扰，则干扰信号也会对第二信号产生干扰，第一信号和第二信号叠加时，通过差分处理使第一信号中的干扰因素和第二信号中的干扰因素相抵消，从而提高电容传感器测量电路的抗干扰能力，提高测量精度。

具体的，在所述的电容传感器测量电路中，所述第一充电电路11包括第一放大器U1和第一开关K1，其中：所述第一基准电压提供至所述第一放大器U1的输入端，所述第一开关K1连接所述第一放大器的输出端；所述第二充电电路12包括第二放大器U2和第二开关K2，其中：所述第二基准电压提供至所述第二放大器U2的输入端，所述第二开关K2连接所述第二放大器U2的输出端。其中，第一开关K1和第二开关K2轮流交替导通，当其中一个导通时，另一个断开，使所述第一充电电路11给第一电容电路21充电时，所述第二充电电路12不能给第二电容电路22充电，第二电容电路22放电，即所述第一充电电路11的充电和所述第二充电电路12的充电交替发生。

具体的，在所述的电容传感器测量电路中，所述第一电容电路21包括多个电容C1、C2、C3和C4，分别形成第一并联电路和第二并联电路，所述电容C1和C2形成第一并联电路，电容C3和C4形成第二并联电路，所述第一并联电路和所述第二并联电路并联形成第三并联电路，所述第三并联电路包括第一端和第二端，所述第一端连接第一开关K1，所述第二端接地；所述第二电容电路22包括多个电容C5、C6、C7和C8，分别形成第四并联电路和第五并联电路，电容C5和C6形成第四并联电路，电容C7和C8形成第五并联电路，所述第四并联电路和所述第五并联电路并联形成第六并联电路，所述第六并联电路包括第三端和第四端，所述第三端连接第二开关K2，所述第四端接地。

如图1所示，所述第一电容电路21还包括第一电感L1，所述第一电感L1一端连接所述第一并联电路和所述第一开关K1，另一端连接所述第二并联电路；所述第二并联电路还包括第二电感L2，所述第二电感L2一端连接所述第四并联电路和所述第二开关K2，另一端连接所述第五并联电路；所述第一电感L1串接在所述多个电容C1、C2、C3和C4形成的并联电路中，即C1和C2相同的一端均连接在L1的一端，C3和C4相同的一端均连接L1的另一端；所述第二电感L2串接在所述多个电容C5、C6、C7和C8形成的并联电路中，即C5和C6相同的一端均连接在L2的一端，C7和C8相同的一端均连接L2的另一端。多个并联的电容C1、C2、C3和C4以及多个并联的电容C5、C6、C7和C8是测量电容，即电容传感器测量电路通过测量电压的变化，得到八个电容的两个极板之间的距离的变化，以此来测量掩膜台的位移。

进一步的，在所述的电容传感器测量电路中，所述电容桥电路20还包括放电电路23，所述第一电容电路21和所述第二电容电路22通过所述放电电路23放电。所述放电电路23包括一放电电容C9，所述放电电容C9的一端连接所述第一电容电路21，所述放电电容C9的另一端连接所述第二电容电路22。所述放电电路还包括两个放电电阻R1和R2，放电电阻R1的一端连接第一电容电路21，放电电阻R2的一端连接第二电容电路22，放电电容C9跨接在R1和R2连接第一电容电路21和第二电容电路22两个端之间，两个所述放电电阻R1和R2的另一端连接所述信号处理电路30。

具体的，在所述的电容传感器测量电路中，所述第一电容电路21还包括第三放大器U3，所述第三放大器U3的输入端连接所述第三并联电路的第一端，即连接所述第一开关K1的一端，所述第三放大器U3的输出端连接所述第三放大器U3的输入端，所述第三放大器U3的输出端还连接放电电路23；所述第二电容电路22还包括第四放大器U4，所述第四放大器U4的输入端连接所述第六并联电路的第三端，即连接所述第二开关K2的一端，所述第四放大器U4的输出端连接所述第四放大器U4的输入端，所述第四放大器U4的输出端还连接放电电路23。第三放大器和第四放大器用于信号跟随。

第一电容电路和第二电容电路组成的差分电容，可以消除温飘和误差，大幅提高电容采样精度，在控制上，可以避免一致性问题，因为单个电容充放电是非线性，而差分的电容可以形成互补输出，刚好可以形成线性输出；当第一电容电路和第二电容电路的容值相等时，输出理论是固定值的一个偏置量。

另外，所述信号处理电路30包括第三开关K3、第四开关K4和第五放大器U5，其中：所述第三开关K3的一端连接所述第一电容电路21，所述第三开关K3的另一端连接第五放大器U5的输入端；所述第四开关K4的一端连接所述第二电容电路22，所述第四开关K4的另一端连接第五放大器U5的输入端。第三开关K3和第四开关K4轮流交替导通，以使第一电容电路21和第二电容电路22输出的信号进行叠加，最后输出差分信号。所述信号处理电路30还包括模数转换电路31，所述第五放大器U5的输出端连接所述模数转换电路31，所述模数转换电路31将第五放大器U5输出的模拟信号进行处理，转换为数字信号，所述模数转换电路31连接所述控制器40，控制器40对模数转换电路31提供的数字信号进行判断，以得到位移量的变化。

本发明中的电容传感器测量电路接口兼容性高，可以与快速控制的系统兼容，如光纤通讯，克服了商用通讯方式的串口通讯或者模拟量输出而导致的通讯方式延时的问题。

本发明中的电容传感器测量电路性能稳定，针对特定的场合，如强磁强电场的环境下，克服了电容易受干扰，磁场导致电容的极板电荷发生跳动，测量值不准确的问题。

本发明中的电容传感器测量电路拓扑结构不易受干扰，很多测量电容采用模拟结构，或者调频测量结构，信号适应性不强，处理后信号抗干扰能力不足，模拟信号在现场易受其它差模信号干扰，输出信号纹波大，稳定时间长，市场通用的处理方式有调频电路、交流激励、运算放大器电路、变压器振荡；而本发明中的电容传感器测量电路通过差分方式克服了易受干扰的问题，差分脉冲可以消除单个测量电容带的误差，很好消除单个电容带来的温漂和干扰。

如图2～3所示，U_A是第一基准电压波形，U_B是第二基准电压波形，U_AB是第一基准电压波形和第二基准电压波形的叠加，U_F是放电电阻R1和第三开关K3之间一点的电压波形，U_G是放电电阻R2和第四开关K4之间一点的电压波形。在基准电压充电电路10中，给电容桥电路20充放电的第一基准电压和第二基准电压是可以调节的，以适应不同的测量电容，第一基准电压的电压变化瞬间就是第一电容电路21充电和放电的起点和终点，第二基准电压的电压变化瞬间就是第二电容电路22充电和放电的起点和终点，如图3所示，比如测量电容两个极板之间的距离为基准值时，电容传感器测量电路的最终输出值应为零，若输出的值不为零，而是带有直流偏置的电压，则需要调节第一基准电压或第二基准电压，改变基准电压，消除输出电压的直流偏置；第一基准电压和第二基准电压分别通过高精度的第一数模转换模块和第二数模转换模块输出，再通过第一放大器和第二放大器的滤波和阻抗匹配，实现可控，这样可以按不同测量电容的容值和测量距离进行匹配，增加灵活性，输出将差分的信号放在测量电容两端，提高线性化，因第一电容电路和第二电容电路的电容容值有差异而产生差分电容，所以第一基准电压和第二基准电压会有差异，用两路数模转换模块输出去调节，后面充放电控制由高速低阻抗的电子开关，即第一开关K1和第二开关K2，控制器40(现场可编程门阵列)逻辑控制，控制速度快和精度高。

另外，在电容桥电路20中，使用电容组的差分，多个电容组成的并联电路替代单个电容，电感滤波，可以进一步提高精度，放电电容C9并联在第一电容电路和第二电容电路上，放电电容的容值大概在10pF到100pF，把放电电容C9并联在差分电容桥上，这样差模输出就可以得到线性电压，在消除温飘和误差上有显著提高，提高精度。

进一步的，在信号处理电路30中，电容桥电路20的输出电压可经过两级二阶低通滤波和放大，进一步线性化和滤波处理，输出稳定提高，测量电容要线性化处理，那么采集的信号是如图2所示的波形，随距离变化输出的电压的均值有变化，其均值变化量在0.1V内，但是输出电压中含有直流分量，因此采集的输出电压选取充放电曲线中线性度最好的一段，电容桥电路20并不是完全充电或放电。然后将电容桥电路20的输出电压作放大，放大倍数为100倍，这样可以提高电压精度至少100倍。这部分还包括数字化处理部分，就是将输出电压模拟量转化成数字量，设计的测量距离1mm，输出的电压使用16位高精度的模数转换电路来进行采集，对应的1bit为15.3nm。另外此处还有第三开关K3和第四开关K4切换，目的是单极板型测量电容和双极板型测量电容进行切换，如果是单极板型测量电容就把A或B点接地，只输出一端，单极板型测量电容包括动极板和静极板，这两端均接入电容传感器测量电路中，当动极板移动时，通过测量被测电容的两个极板间距离的改变而使电容量的容量改变，从而得到位移量；如是是双极板型测量电容就要把A和B两点电压做差分处理，形成双极型测量电容，双极板型测量电容包括屏蔽电极和发射电极，两个电极均位于一可移动的底座上，双极板型测量电容可以通过两个电极与一静止的的金属板的距离的变化来测量垂直方向上的位移量，也可以通过底座水平移动，两个电极经过具有不同的介电常数的材料而测量水平方向上的位移量，因此双极板型测量电容可兼容两种测量形式。

控制器40是现场可编程门阵列，具有极高的速度和灵活的处理能力，是逻辑控制的最佳控制器，此电路的充放电开关逻辑、基准电压输出的DA控制、输出差分控制逻辑、输出电压AD的数字转化控制都是由现场可编程门阵列控制。

测量电容的量程可以直接测量，量程与精度之间的关系是量程越小精度越高，1mm的量程和0.5mm量程输出用16位模数转换电路分解得到精度是量程越小越高。

本发明中的电容传感器测量电路可提高抗干扰能力，电容桥电路不易受外界影响，例如外界电磁场或导线间的感应电场，接地点带来的接地电压差等。通过补偿来消除多种影响电容桥电路线性度的干扰，利用硬件对称性和一些特殊结构抵消各个模块产生的温漂、寄生电容、外界干扰，利用控制器40中的非线性校正曲线，使用软件补偿，运用新的算法加之补偿，查表法，经行线性拟合等方式。

掩膜台本体作为静极板，掩膜台操作机构作为动极板，处理电路采用脉冲调宽电路，应用于运动台空间测量，目前实测数据如下：电容桥电路功能正常，有稳定输出；测量范围在1.8mm；稳定性在0.1％FS内，脉冲频率35KHz；输出精度16位模数转换电路对应1bit为18nm。

<实施例二>

本实施例提供一种电容传感器测量方法，所述电容传感器测量方法用于测量光刻系统中掩膜台本体和操作机构之间的位移，所述电容传感器测量方法包括：所述控制器40为所述第一充电电路11提供第一基准电压，所述控制器40为所述第二充电电路12提供第二基准电压；所述第一电容电路21和所述第二电容电路22中的每个所述电容，即C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8的两个极板间的距离与电容电压成正比，每个所述电容的两个极板分别放置于所述掩膜台本体和操作机构上；所述第一充电电路11为所述第一电容电路21充电，使所述第一电容电路21根据其自身中电容C1、C2、C3和C4的所述电容电压产生第一信号；所述第二充电电路12为所述第二电容电路22充电，使所述第二电容电路22根据其自身中电容C5、C6、C7和C8的所述电容电压产生第二信号；所述第一充电电路11的充电和所述第二充电电路12的充电交替发生；所述第一信号和所述第二信号提供至所述信号处理电路30中，形成差分信号，由所述差分信号的变化得到所述掩膜台的位移，其中，所述差分信号的变化与所述掩膜台的位移成正比。

在本实施例中提供的电容传感器测量方法中，通过所述第一充电电路11为所述第一电容电路21充电，使第一电容电路21产生第一信号；所述第二充电电路12为所述第二电容电路22充电，使第二电容电路22产生第二信号；所述第一充电电路11的充电和所述第二充电电路12的充电交替发生，所述第一信号和所述第二信号产生叠加的差分信号，由所述差分信号的变化得到所述掩膜台的位移。其中，信号处理电路30对叠加的差分信号进行处理，若干扰信号对第一信号产生干扰，则干扰信号也会对第二信号产生干扰，第一信号和第二信号叠加时，通过差分处理使第一信号中的干扰因素和第二信号中的干扰因素相抵消，从而提高电容传感器测量电路的抗干扰能力，提高测量精度。

综上，上述实施例对电容传感器测量电路及方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (11)

1.一种电容传感器测量电路，所述电容传感器测量电路用于测量光刻系统中掩膜台本体和操作机构之间的位移，其特征在于，所述电容传感器测量电路包括控制器、基准电压充电电路、电容桥电路和信号处理电路，其中：

所述基准电压充电电路包括第一充电电路和第二充电电路，所述控制器为所述第一充电电路提供第一基准电压，所述控制器为所述第二充电电路提供第二基准电压；

所述电容桥电路包括第一电容电路和第二电容电路，所述第一电容电路和所述第二电容电路中包括多个电容，每个所述电容的两个极板间的距离与电容电压成正比，每个所述电容的两个极板分别位于所述掩膜台本体和操作机构上；

所述第一充电电路为所述第一电容电路充电，使所述第一电容电路根据其自身中电容的所述电容电压产生第一信号；所述第二充电电路为所述第二电容电路充电，使所述第二电容电路根据其自身中电容的所述电容电压产生第二信号；所述第一充电电路的充电和所述第二充电电路的充电交替发生；

所述第一信号和所述第二信号提供至所述信号处理电路中，形成差分信号，由所述差分信号的变化得到所述掩膜台的位移，其中，所述差分信号的变化与所述掩膜台的位移成正比。

2.如权利要求1所述的电容传感器测量电路，其特征在于，所述第一充电电路包括第一放大器和第一开关，其中：所述第一基准电压提供至所述第一放大器的输入端，所述第一开关连接所述第一放大器的输出端；

所述第二充电电路包括第二放大器和第二开关，其中：所述第二基准电压提供至所述第二放大器的输入端，所述第二开关连接所述第二放大器的输出端。

3.如权利要求1所述的电容传感器测量电路，其特征在于，所述第一电容电路中的多个所述电容分别形成第一并联电路和第二并联电路，所述第一并联电路和所述第二并联电路并联形成第三并联电路，所述第三并联电路包括第一端和第二端，所述第一端连接第一开关，所述第二端接地；所述第二电容电路中的多个所述电容分别形成第四并联电路和第五并联电路，所述第四并联电路和所述第五并联电路并联形成第六并联电路，所述第六并联电路包括第三端和第四端，所述第三端连接第二开关，所述第四端接地。

4.如权利要求3所述的电容传感器测量电路，其特征在于，所述第一电容电路还包括第一电感，所述第一电感一端连接所述第一并联电路和所述第一开关，另一端连接所述第二并联电路；所述第二电容电路还包括第二电感，所述第二电感一端连接所述第四并联电路和所述第二开关，另一端连接所述第五并联电路。

5.如权利要求3所述的电容传感器测量电路，其特征在于，所述电容桥电路还包括放电电路，所述第一电容电路和所述第二电容电路通过所述放电电路放电。

6.如权利要求5所述的电容传感器测量电路，其特征在于，所述放电电路包括一放电电容，所述放电电容的一端连接所述第一电容电路，所述放电电容的另一端连接所述第二电容电路。

7.如权利要求6所述的电容传感器测量电路，其特征在于，所述放电电路还包括两个放电电阻，两个所述放电电阻的一端分别连接第一电容电路和第二电容电路，两个所述放电电阻的另一端连接所述信号处理电路。

8.如权利要求5所述的电容传感器测量电路，其特征在于，所述第一电容电路还包括第三放大器，所述第三放大器的输入端连接所述第三并联电路的第一端，所述第三放大器的输出端连接所述第三放大器的输入端，所述第三放大器的输出端还连接所述放电电路；

所述第二电容电路还包括第四放大器，所述第四放大器的输入端连接所述第六并联电路的第三端，所述第四放大器的输出端连接所述第四放大器的输入端，所述第四放大器的输出端还连接所述放电电路。

9.如权利要求1所述的电容传感器测量电路，其特征在于，所述信号处理电路包括第三开关、第四开关和第五放大器，其中：

所述第三开关的一端连接所述第一电容电路，所述第三开关的另一端连接第五放大器的输入端；

所述第四开关的一端连接所述第二电容电路，所述第四开关的另一端连接第五放大器的输入端。

10.如权利要求9所述的电容传感器测量电路，其特征在于，所述信号处理电路还包括模数转换电路，所述第五放大器的输出端连接所述模数转换电路，所述模数转换电路连接所述控制器。

11.一种电容传感器测量方法，所述电容传感器测量方法用于测量光刻系统中掩膜台本体和操作机构之间的位移，其特征在于，所述电容传感器测量方法包括：

所述控制器为所述第一充电电路提供第一基准电压，所述控制器为所述第二充电电路提供第二基准电压；

所述第一电容电路和所述第二电容电路中的每个所述电容的两个极板间的距离与电容电压成正比，每个所述电容的两个极板分别放置于所述掩膜台本体和操作机构上；

所述第一充电电路为所述第一电容电路充电，使所述第一电容电路根据其自身中电容的所述电容电压产生第一信号；所述第二充电电路为所述第二电容电路充电，使所述第二电容电路根据其自身中电容的所述电容电压产生第二信号；所述第一充电电路的充电和所述第二充电电路的充电交替发生；

所述第一信号和所述第二信号提供至所述信号处理电路中，形成差分信号，由所述差分信号的变化得到所述掩膜台的位移，其中，所述差分信号的变化与所述掩膜台的位移成正比。