用于测量线锯中的线网弯曲的方法和装置的制作方法

专利名称：用于测量线锯中的线网弯曲的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及用于锯切工件的线锯、和在用线锯来切割工件的过程中检测在工件内的线部分的方法，该线锯包括构造成检测在工件内的线部分的至少一个传感器。
背景技术：
线锯用于切割工件，例如，使用线锯切割硅工件，以进行分段、开方和切片。线锯还用于切割其他材料。可以在线锯中使用不同类型的线，例如，与浆液中的碳化硅颗粒结合使用的线、和通常与冷却剂结合使用的金刚石线。通常，硬质材料(例如，碳化硅或金刚石)对工件进行研磨以进行切割。在切割过程中，线沿着其长度(水平地)快速移动，工件通过工件供应板在切割方向上相对慢速地移动，该切割方向基本正交于(垂直于)快速线移动的方向。因此，线对于工件的垂直力沿着切割方向施加，工件对于线的反作用力引起线在与切割方向相反的方向上变形或弯曲。根据包括对弯曲的估计的几何考虑，可以对垂直力进行估计，垂直力通常被认为是线张力的垂直分量的两倍。不论估计垂直力和/或弯曲的方式如何，垂直力有助于能告知对工作台速度和切割速度的调节，从而使生产率最大化，并使线的磨损和破损最小化。线锯切的另外的问题是在工件内存在夹杂物，这需要调节工作台速度和切割速度以使生产率最大化、和/或防止线的磨损和破损。夹杂物还会影响线在铸锭内的形状，并且对弯曲和垂直力的大小有影响。期望具有检测上述夹杂物、并且还调节工作台速度以使生产率最大化和/或防止线的磨损和破损的装置。

发明内容
根据实施例，提供了用于锯切工件的线锯，该线锯包括至少一个传感器，以在锯切工件的同时检测在工件内的线部分。根据另一实施例，提供控制线锯的方法，其包括在锯切工件的过程中检测在工件内的线部分的位置。实施例还涉及用于实施上述方法的装置，该装置包括用于实施上述方法步骤的装置部件。此外，实施例还涉及用来操作上述装置的方法。可以包括用于实现装置的功能或制造装置的部件的的方法步骤。可以通过硬件组件、固件、软件、由适当软件编程的计算机、或通过上述各项的任意组合或以任意其他方式，来执行方法步骤。


以可以详细理解本发明的上述特征的方式，可以参考实施例对上面简要概述的本发明进行更具体的描述。附图涉及本发明的实施例，并且以下列顺序进行描述图1示出典型的线锯；
图2示出根据本说明书中所述的实施例的、包括至少一个传感器的线锯，该至少一个传感器从工件内部检测线部分；图3示出根据本说明书中所述的实施例的、在工件支架内包括至少一个传感器的线锯；图3B示出根据本说明书中所述的实施例的、在工件支架内包括至少一个传感器的线锯；图4示出根据本说明书中所述的实施例的、包括超声换能器的线锯；图5示出根据本说明书中所述的实施例的、包括至少一个IR传感器的线锯；图6示出根据本说明书中所述的实施例的、包括传感器阵列的线锯；图7示出根据本说明书中所述的实施例的传感器和线锯的(一个或多个)线的相对位置；图8示出根据本说明书中所述的实施例的传感器和线锯的(一个或多个)线的相对位置；图9示出根据本说明书中所述的实施例的、线控制方法或线操作方法的流程图；图10示出根据本说明书中所述的实施例的、线控制方法或线操作方法的流程图；和图11示出根据本说明书中所述的实施例的、线控制方法或线操作方法的流程图。
具体实施例方式在本说明书中，可交换地使用线锯、线锯装置、线锯切装置和线切割装置。在本说明书中，可交换地使用工件支撑板和工件供应板。在本说明书中，可交换地使用术语锯切和切割；并且可交换地使用晶片切割(wafer-cutting)线锯和切片机。在本说明书中，线的直径指的是线芯直径。在本说明书中，工件可以包括一个或多个分开的部件，例如，多个半导体部件或铸锭。在本说明书中，线锯可以使用单一线、多个线、一个或多个线的一排或多排、或一个或多个线的一个或多个网来切割；线可以指多个线。在本说明书中，可交换地使用工件供应板、工件支撑板、供应板、和支撑板。在本说明书中，传感器还可以执行除了传感之外的功能，例如，超声传感器可以是超声换能器，反之亦然，以使得超声传感器可以既产生又检测超声脉冲和超声波。在本说明书中，可交换地使用工件内的线部分和工件内的线，其位置或地点特别地但不排他地是在切割过程中位于工件内的线部分的位置或地点。在本说明书中，可交换地使用短语“有关”、“关于”和“相对于”。在本说明书中，术语超声的可以指超声和声学频率或超大声音频率。根据本说明书中描述的实施例，频率也可以低于或高于超声频率。现在将具体参考本发明的各种实施例，附图中示出了本发明的一个或多个示例。通过进行说明而非加以限制的方式来提供每个示例。此外，作为一个实施例的一部分所示出或描述的特征可以用于其他实施例中或与其他实施例结合使用，以得到另外的实施例。应当认为本说明书包括这样的修改和变化形式。图1示出典型的线锯，其包括由第一滑轮20和第二滑轮30所引导的线10。在切割过程中，与沿着切割方向的垂直运动相比，线基本沿着其长度相对快速地移动。线的运动可替换地处于往复运动形式，其中线沿着其长度的运动是周期性地倒转的方向。使线或线的边沿接触工件50，以切割该工件，切割方向的运动相对慢速，切割方向的运动与线的快速运动基本垂直。可替换地或附加地，使工件接触线以切割该工件。根据不同的实施方式，可以使线或形成线网的线相对于工件移动，可以使工件相对于线或线网移动，或者可以使线和工件彼此相对移动。通常，使用传感器来估计弯曲，该传感器检测线在工件外部的部分，尽管传感器不知道线在工件内的位置。与线锯和线锯切相关的一个问题是如何确定工件内的弯曲和垂直力。传感器90可以实现为检测线在工件外部的位置处的变形110，该变形110由图1中的最左侧的双头箭头表示。根据这样的假设，即，线从水平线140的变形与线在两个滑轮
20、30之间的工件中途形成的顶点呈线性关系，可以推断出在工件内估计的弯曲120。由与在工件50的每一侧上引导线的两个线引导件(例如，两个滑轮20、30)相切的虚线来限定水平线140。切线与滑轮20、30在线离开滑轮的点处相交。通常根据几何考虑(包括估计或推断的弯曲120和线引导距离130)和线的张力来计算垂直力Fv，例如Fv = (B/d) X4T ；T =张力，B =估计或推断的弯曲120，d =线引导距离130。此外，根据例如弯曲相比于线引导距离来说很小的假设来得出上面用于Fv的表达式，通常的情况也是如此。B/d的通常比率是约1/100，例如，弯曲(B)是约6毫米，线引导距离(d)是约600毫米。因此，在估计或推断的弯曲中仅半毫米的误差通常将导致接近10%的垂直力的误差。因此，期望使在弯曲确定中的误差最小化，该弯曲确定会是垂直力估计的误差的重要来源。除了垂直力之外，还存在水平力(例如，摩擦力)，可以通过线引导电机动力来获得水平力。知道切割过程中的力(例如垂直和/或水平力)能实现例如通过反馈控制回路来控制切片工艺。期望使得原位实时线网弯曲测量例如向反馈控制回路提供至少一个参数(例如，垂直力或弯曲)。图2示出根据本说明书中描述的实施例的线锯I。例如在硅锭的开方或切片过程中切割工件50时，至少一个传感器80检测位于工件内的线部分210。通过对工件内的线部分210的位置进行测量，在切割工艺过程中可以确定弯曲和/或垂直力。此外，至少部分地根据弯曲或垂直力，可以调节工作台速度、工作台位置和/或切割速度。通常，使用结构线或金刚石线。线可以是单丝钢线。根据某些实施例，线从约80到350微米，例如，120微米的钢标准线。根据某些实施例，结构线是轧花线，其中，例如，锯切线由直径为d的金属线制成并具有多个轧花，其中所述轧花布置在至少两个不同平面上，以使得在测量时，在测微计的测量杆之间，在至少两个不同平面上包括轧花的长度当中，所述轧花锯切线的外接包络直径D在所述直径d的1. 05和1. 50倍之间。金刚石线是具有涂层的线，其中，金刚石颗粒嵌入在该涂层中。通常，本说明书中指的线直径描述了线芯直径，即，没有涂层和/或嵌入的颗粒的线芯的直径、或锯切线的不考虑轧花(即，包络)的直径。通过可移动工件支撑板或工件供应板60来执行工件的移动。线10、工件供应板60、和线与工件供应板两者都可移动。例如，线引导件(例如可移动滑轮)可以使线10移动。本发明的实施例涉及工件切割，在工件切割中以前还没有使用过从工件内部进行检测的传感器。从而，实施例使用至少一个传感器80来从工件内部检测线部分210。
在实施例中，通过至少一个传感器80来确定工件内的线部分210的弯曲和/或形状。通过传感器来确定在工件内的线部分210的位置，该位置可以用于确定线在工件上的力(例如垂直力或垂直力的分布)。可替换地或附加地，实施例例如通过检测工件内的线部分210的不对称变形、或通过检测由于其相对于其周围环境或相邻材料(例如，工件的其余部分)的对比弹性(例如，在夹杂物和相邻工件材料的界面处声阻抗或声阻抗的不连续性)或其他特性而引起的夹杂，来从工件内部检测夹杂物。在实施例中，通过确定工件内的线部分相对于一个或多个基准位置的位置，来确定弯曲；基准位置例如是水平线140(如图1所示)；或在另一示例中，两个基准位置是水平线140以及至少一个传感器80的平面。确定工件内的线的位置的优点在于可以确定弯曲的更真实的测量结果。另一优点是可以计算误差更小的垂直力。此外，可以获得对嵌入的线的垂直力在工件内如何分布的估计。图3示出根据实施例的线锯。图3的几何形状使得在切割过程中，根据线10从水平线140的变形的方向很清楚工件50向下移动或线10向上移动；本领域技术人员可以想到并很清楚其他几何形状。至少一个传感器80位于工件支架311(例如，鸠尾钢支架)内。通过至少一个传感器来确定在工件内的线部分的位置。在实施例中，传感器80确定从工件内的线部分210到一个或多个传感器399的平面的距离320(4)。参数的很多组合(可以包括单一参数)可以用于确定线的弯曲344、或更具体地的是线在工件内的弯曲。例如，传感器80确定从工件内的线部分210到(一个或多个)传感器的平面的距离320 (Cl1);从Cl1减去水平面140到至少一个传感器的距离(d2)，以确定弯曲344(弯曲=Cl1-(I2)。通过使用例如在线引导件或工件供应板上的分离位置传感器可以确定参数屯。通过使用关系SFv= (B/d) X4T可以确定垂直力。线引导件之间的距离d是已知的，通过使用线锯中的线张紧器得知线张力。可以例如通过计算机或微处理器来执行对弯曲和/或垂直力进行计算的算法。在图3B的实施例中，工件50通过可选的梁333和可选的胶合板322安装到工件支架311。可替换地或附加地，还可以使用约l_50mm、或约IOmm厚度的中间环氧胶合界面和/或玻璃板来安装工件。在实施例中，如图4所示，至少一个传感器是超声换能器480，该超声换能器480可选地位于工件支架311内。超声换能器480可以既是发射器又是接收器，或者例如是换能器阵列。在实施例中,超声脉冲(或超声波)411由换能器发射并传输通过工件50。反射波422根据超声脉冲在界面处(例如工件50内的线10所形成的界面处)的反射而产生，并且与阻抗差(impedance contrast)成比例。换能器480检测传输返回到超声换能器480的反射波422、433。对脉冲411的发射和反射波433的检测之间的延续时间进行测量，以根据材料的弹性性能(例如，工件材料和任何中间材料的声阻抗)来确定工件内的线部分的位置。中间材料可以包括用于支架工件界面444中的材料，并可能包括工件支架311的一部分。通过超声脉冲或超声波在界面(例如，线和工件的界面)处的反射来产生反射波422、433。反射强度与形成界面的两种材料(例如，工件的硅和线的钢)的阻抗差成比例。知道弹性性能(例如，工件或工件材料的声阻抗)能够实现例如通过具有存储器的计算机或微处理器、根据延续时间来确定距离，用于弹性性能的数据存储在该存储器中。相对于至少一个基准(例如，由传感器399所限定的平面)、或该基准与另一基准(例如，水平面)，来确定工件内的线部分的位置。可以通过线部分在工件内的位置来确定弯曲和垂直力。检测工件内的线部分210，导致根据在工件内的线位置来确定弯曲。弯曲可选择地用于确定垂直力，并且至少部分地根据弯曲和/或垂直力在例如线锯的反馈控制回路中调节工作台位置、工作台速度、和/或切割速度。使用一个或多个超声换能器480也可以实现对嵌入在工件内的夹杂物的检测。工件内的夹杂物的检测可以用于调节工作台位置、工作台速度和/或切割速度。通过检测工件50内的线部分210的非对称弯曲，可以来检测夹杂物。工件支架311与工件之间的支架工件界面444可以可选择地包括结合材料，以减小超声波在界面处的衰减。结合材料可以减小界面处的阻抗失配。可替换地或附加地，可以使用例如由约l_20mm厚或约IOmm厚的玻璃制成的中间环氧胶合界面来安装工件50。此夕卜，支架工件界面444可以包括梁和胶合板。根据本说明书中描述的某些实施例，提出超声技术，以测量到伪界面的声波传输时间(例如，脉冲-回波)或距离(例如，声学干涉法)，该伪界面由工件内部的切片线网所产生。作为上述脉冲-回波测量的替换或补充，或此外根据可以与本说明书中所述的其他实施例结合的某些实施例，可以使用能够实现直接距离测量的超声技术。从而，超声源产生和/或被构造成产生具有已知载波频率的声波脉冲，该声波脉冲传输通过材料并在界面处被反射。多重反射作用彼此干涉，因此将接收的信号调制成从最大值到最小值交替的干涉图样。两个连续的最大值之间的距离等于半波长的整数倍，知道载波频率和介质的弹性性能可以实现精确的距离测量。可替换地，可以执行不同于超声脉冲-回波技术的声学方法(特别是无损的声学方法)(例如，声学干涉法或扫频声学干涉法)，以提供对工件内的线的位置的测量。确定工件内的线部分的位置的方法可以例如基于到达线在工件内部的界面的声波传输时间(例如，脉冲-回波)或距离(例如，声学干涉法)。可以在切割过程中确定位置。在图5中，示出了可以与任意其他实施例结合的实施例，在该实施例中传感器包括至少一个IR传感器580。例如，IR传感器是IR传感器的阵列。根据可以与本说明书中描述的其他实施例结合的某些实施例，微小红外温度探针可以设置在铸锭支架内部，测量在切片过程中工件、硅砖或铸锭的温度曲线。温度测量能够实现以两种能预见的方式改进上面提出的声学方法。根据可以与本说明书中描述的其他实施例结合的某些实施例，可以引入依赖温度的弹性性能和/或通过断层摄影原理可以重构每个时刻砖的热曲线，即，最热点很可能是切缝产生的部位(即，在硅工件内部的线的位置)。在实施例中，IR传感器确定工件中的温度分布，并且可以确定热的部位，然后之后可以确定切割位置(即，工件内的线部分210的位置)。除了超声传感器之外，可以使用温度探针或IR传感器。将IR传感器与超声传感器结合的优点是测量温度能够实现通过对切割处理中涉及的材料(例如工件、线和浆液的材料)的依赖温度的弹性性能进行校正，而改进通过超声波方式获得的工件内的线部分的位置。在实施例中，支架工件界面444包括至少一个IR透射通道544，以适于将IR辐射透射到IR传感器。IR透射通道例如由硅制成。可替换地或附加地，通过断层摄影原理可以构造工件的热曲线，最热点是切缝产生的可能部位，也就是说，工件内的线部分的位置。在图6中所示的实施例中，传感器是传感器的二维阵列680，尽管也可以想到传感器的一维阵列。图6的视角是从供应板60的下方观察的。例如，二维传感器阵列680用于切片机中，尽管也可以用于开方机、分段机、或其他类型的线锯中。切片机具有两个引导件620、630，所述两个引导件形成大致恒定间距的凹槽，槽将每个线分段与相邻的分开。线分段610形成平行线的水平网络、线排或线网。线网开始运动，以使得线以5-20米/秒来水平地移动。可以使用包含磨料颗粒的浆液。在例如切割过程中将工件推向水平移动的线网时，传感器确定线分段610的位于一个或多个工件内的部分的位置。传感器能够实现原位实时线网弯曲测量以及可选的垂直力的确定。此外，工作台位置、工作台速度和/或切割速度的反馈控制可以基于一个或多个弯曲、平均弯曲、一个或多个垂直力、平均垂直力或其组合。根据本说明书中描述的实施例，图7示出传感器780相对于线网710的相对位置。作为非限制性的示例，图7中示出位于线网的节点上的三个传感器。根据本说明书中描述的实施例，图8示出位于相邻节点之间(例如，接近相邻节点的中途)的传感器。每个传感器可以位于用以确定在工件的不同部分内的相应线部分的弯曲的位置。根据实施例，图9示出操作或控制线锯的方法的流程图，其包括确定线在工件内的部分的位置和调节切割参数。切割参数例如是工作台速度、工作台位置等。图10示出类似实施例，在调节切割参数之前增加了确定弯曲的步骤，图11还在调节切割参数之前增加了确定垂直力的步骤。确定弯曲可以包括相对于一个或多个基准(例如，水平线或传感器的水平线和平面)来确定工件内的线部分的步骤。确定线在工件内的部分的位置的优点是可以确定更真实的弯曲的测量结果，产生更真实的垂直力的测量结果。这导致对线锯的更好的操作控制，因为例如可以优化工作台速度来以更小误差维持接近恒定的目标垂直力。此外，可以检测夹杂物，这可以实现对线锯的操作或控制的调节，以使破损和磨损最小化并增加生产率。虽然以上所述涉及本发明的实施例，在不脱离本发明的基本范围的情况下可以想到本发明的其他和另外的实施例，本发明的范围由权利要求书来确定。
权利要求
1.一种线锯(1)，其用线(10)来锯切工件(50)，所述线锯(I)包括 至少一个传感器(80)，其构造成在锯切所述工件(50)的过程中检测在所述工件(50)内的线部分(210)的位置。
2.根据权利要求1所述的线锯(1)，其中 所述至少一个传感器(80)是超声传感器和红外传感器中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的线锯(1)，其中 所述线锯(I)是开方机或切片机。
4.根据权利要求1所述的线锯(1)，其中 至少一个红外传感器构造成穿过硅进行检测。
5.根据权利要求1所述的线锯(1)，其中 所述至少一个传感器(80)构造成测量温度曲线。
6.根据权利要求2所述的线锯(1)，其中 所述至少一个传感器(80)构造成测量温度曲线。
7.根据权利要求3所述的线锯(1)，其中 所述至少一个传感器(80)构造成测量温度曲线。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的线锯(I)，其中 所述至少一个传感器(80)位于供应板(60)内或在所述供应板(60)下方。
9.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的线锯(I)，其中 所述至少一个传感器(80)位于供应板下方，并与所述工件(50)的位置相对。
10.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的线锯(I)，其中 所述线锯还构造成在锯切所述工件(50)的过程中检测在所述工件(50)内的附加线部分的附加位置。
11.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的线锯(I)，其中 所述线锯(I)适合于根据在所述工件(50)内的所述线部分(210)相对于至少一个基准的位置来确定弯曲。
12.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的线锯(I)，其中 所述线锯(I)适合于至少部分地根据弯曲或在所述工件内的所述线部分(210)的位置当中的至少一项来确定垂直力。
13.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的线锯(I)，其中 所述线锯(I)还适合于至少部分地根据在所述工件内的所述线部分(210)的位置、垂直力和弯曲当中的至少一项来调节工作台速度或工作台位置。
14.一种控制线锯(I)的方法，其包括 在锯切工件的过程中，检测在所述工件(50)内的线部分(210)的位置。
15.根据权利要求14所述的控制线锯(I)的方法，其中 通过至少一个传感器(80)来进行检测。
16.根据权利要求14所述的控制线锯(I)的方法，还包括 至少部分地根据在所述工件(50)内的所述线部分(210)的位置来调节工作台速度或工作台位置。
17.根据权利要求14所述的控制线锯(I)的方法，还包括至少部分地根据对垂直力的确定来调节工作台速度或工作台位置。
18.根据权利要求15-17中任意一项所述的控制线锯的方法，还包括用至少一个传感器(80)来测量温度曲线。
全文摘要
本发明涉及用于测量线锯中的线网弯曲的方法和装置。描述了用线10来锯切工件50的线锯1。线锯包括至少一个传感器80，该至少一个传感器构造成在锯切工件50的过程中检测在工件50内的线部分210的位置。
文档编号B23D57/00GK103056449SQ20111046299
公开日2013年4月24日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年10月20日
发明者菲利普·那斯卡 申请人:应用材料瑞士有限责任公司