用于线网监测的监测装置和方法及和线锯的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及线锯(尤其是多线锯)，和用于监测线锯(该线锯用于切割例如在半导体和光电行业中所使用的硬、脆材料(如多晶硅和单晶硅))中线网状况的方法，以及用于监测线网状况的传感器。更具体地，本发明涉及用于切割工件的线锯，该线锯包括:用于形成线网的(至少两个)线导辊，该线网包括来自用于切割工件的至少一根切割线的相邻线段；进给台，用于安装工件并且朝向线网移动工件；控制器，用于控制线导辊和进给台的移动；以及线网监测系统，用于监测线网的线段，该线网监测系统包括具有用于测量到至少一个线段的距离或者至少一个线段的存在的一个或多个传感器的偏离测量装置。
[0002]根据现有技术的线锯还包括用于将切割线从第一(新线)线轴引导到线网并且继而引导到第二(旧线)线轴的滑轮。线可以在第一线轴和第二线轴之间来回移动。可以提供张紧装置以保持线处于期望的张力下。
【背景技术】
[0003]本发明涉及线锯，特别是多线锯，线锯包括形成线网的、用于切割工件的切割线或多个切割线环，以及用于检测切割线的存在或位置的线感应设备。该线锯用于切割硬、脆材料，如蓝宝石、石英、(多、类单和单)硅、硼等。材料例如被切成称为晶片的薄片。晶片可以非常薄(如用于太阳能电池时，通常为100-200 μπι)、较厚(如用于半导体工业中的电气组件时，通常为200-900 μm)或更厚(如例如用于由蓝宝石或石英制成的光学组件或者由稀土制成的元件的情况)。
[0004]在采用线和研磨剂的线锯中，晶片(例如用于太阳能电池或半导体工业中)由块体(也称为砖或锭)切割而成。通常，研磨剂悬浮在(例如借助于喷雾装置)供应给线网的浆液(在本申请中也被称为切割液)中。现在，使用直接附着到切割线的固定研磨剂能够切割越来越多的晶片。这种线被称为金刚石线。另外，在后一种情况下，切割液例如用于高质量切削并且用于冷却的目的。浆液和真正的切割液将被称为切割液。本发明涉及使用浆液和固定研磨剂两者的线锯。
[0005]线锯通过将一根或多根线缠绕在多个槽辊(通常使用2、3或4个)上以形成线网并且使线在高速下运转并将工件压靠在线网上，从而切开工件。因为工件在其总长度(尤其是对于多晶)上不可能具有相同的质量，在线网的线导辊之间延伸的所有“线”或线段不可能以同样的速度前进经过工件。注意，在连续线导辊上的两个凹槽之间的管状体积指的是线段，其中，线在线导辊中延伸并且在工件中的单个切口中延伸。在这份文件中(在给定的时刻)在该体积中延伸的线将被称为线网的线或线段。在线导辊之间延伸的线的一部分指的是通常用于切割的线网或线行。如果存在用于切割多个线网，则它们中的每一者可以配备有本发明的监测系统。认为在工件的下方有待切割的物体，物体通常是硬而脆的材料，例如硅、蓝宝石、石英、硼等。工件实际上可以包括多个材料块，例如多个硅砖。
[0006]线锯是众所周知的并广泛地应用在半导体和太阳能行业中。
[0007]从作为最接近的现有技术的US 6178961 BI中已知确定切割负荷(沿与工件进给方向相反的方向的工件上的负荷)并控制进给台移动。切割负荷不应超过最大值，这是由于这会导致线断线。具有太低的切割负荷会延长切割工件所花费的时间并且还削弱晶片的质量。
[0008]为了确定切割负荷，建议测量线网的一些线的位移或弯曲。根据线偏离和线的初始张力来计算线上的切割负荷。作为传感器的涡流位移计可被用作接近的传感器。该传感器可在不影响传感器的测量的情况下，防止移位线与浆液或切割液被罩遮盖，其中该罩由非导电材料制成。
[0009]该系统的一个缺点是只用一些线来计算全部线网上的切割负荷。然而，由于例如在工件中的夹杂物，单个线段上的负荷会变得不期望的高，从而导致断线。
[0010]另一个缺点是，传感器位于非常苛刻的处理环境中或者位于线锯的切割室中。特别是在研磨切割液(浆液)的情况下，传感器会受到污染并且将难以维持。
[0011]所示的传感器的另一个缺点是在传感器的位置处，切割流体的分布将受到干扰。这对在该区域中的切口质量产生负面影响。
[0012]此外，该传感器仅适合于进行负荷确定，并且不像本发明的传感器一样为其它许多任务提供解决方案。
[0013]从DE 10232768中已知的传感器系统可以监测线网中的所有线。视频或热相机用于生成线网的图像。应当认识到，由于夹杂物(例如，碳化硅)弯曲可以局部变化并且因此使用足够高的分辨率的照相机。还公开了使用电感或电容传感器来检测弯曲。由于每个线段都需要有自己的传感器，所以从该公开内容中还不清楚这样的传感器如何能够检测夹杂物。在切割工件的线网中通常具有1000个线段，这将导致非常昂贵的系统。
[0014]显然，这种基于照相机的系统难以为被浆液或切割液覆盖的线网生成精确的图像。在这两种情况下，流体将围绕工作室被抛出，从而遮挡照相机的光学系统或至少阻挡视线。
【发明内容】
[0015]本发明的一个目的是克服根据现有技术的系统的一些缺点。
[0016]在独立权利要求中阐述并表征本发明，同时从属权利要求描述本发明的其它特征。
[0017]描述了一种改进的、简化的、更经济有效的、用于监测包括不超过两根或三根线网的线(典型地只包括一根线)的线组的状况的系统，该系统可以更精确地检测小型线组/小型线。对线进行各种类型的检查指监测，这在下文将变得清楚。本发明的传感器通过确定它们的相对位置(彼此之间的相对位置或与传感器的相对位置)或绝对位置(相对于固定参照的绝对位置)或者存在(例如，线的弯曲的差值或相邻线的配对的差值)来监测线。
[0018]本发明基于这样的认识:检测小型线组或甚至单线段是重要的，但是被观测的组的速度不必高。每分钟对线网的每个范围检查一次或若干次就足够用于对过程进行控制。切割过程是缓慢的，不需要短的反应时间。
[0019]在本发明的一个方面中，提供了一种线锯，特别是多线锯，线锯具有使偏离测量装置沿线网移动、优选沿主要平行于线网的方向移动经过线网的移动装置。
[0020]在本发明的一个优选实施例中，偏离测量装置可以沿基本平行于线网和横向的方向移动，优选沿垂直于线网中的线段的纵向延伸的方向移动。
[0021]从图中可以看出，线网(在切割期间将与工件接触的线网)由本发明的线网监测系统所监测的线段形成。
[0022]在这种程度下，通过监测线网，就可以控制整个配方(recipe)，配方包括参数，如切割的起点，进给台与线网的相对速度，线网的(旋转)速度，切割液/浆液供给和/或温度，工件的摆动(若提供摆动单元(以振荡方式的移动工件同时它被推动经过线网))。线导辊和进给台的移动由驱动器(通常为独立电机)驱动。移动装置或驱动器由传感器控制器单元控制，传感器控制器单元可以电连接至用于控制线导辊的移动和进给台的移动的控制器或者可以是其组成部分。控制器单元还可以触发偏离测量装置的测量并且可以包括用于存储测量数据的存储器。
[0023]偏离测量装置可以是用于确定线段的存在或距线段的距离的任何合适的装置(如二元距离传感器:远离传感器的无线可见装置、靠近传感器的有线可见装置)。当使用二元距离传感器时，可以基于最后知道的到线段的距离来改变(例如每次运转(通过所有相关线段的一个完整的往返)时改变一次)或者控制二元传感器距线段的距离，以便确定准确的距离。
[0024]该系统具有很多优点。首先，利用在近距离内的仅一个或仅少数几个传感器可以监测整个线网。如果考虑到线网可以有多达4000根线，那么传感器是相当昂贵的。安装如此多的传感器并且将其连接到用于控制切割过程的控制器是相当麻烦的。
[0025]其次，通过移动传感器，可以通过处理连续测量的数据来扩大传感器的有效分辨率。以这种方式，传感器只能检测多根线，如今传感器可用于检测单根线，因而无需昂贵精确的传感器。
[0026]通过将偏离测量装置安装到线性轴承，前者可以以简单、精确和成本节约的方式移动经过线网。传感器可以在驱动(齿)带等的驱动器或电机的作用下移动，驱动器或电机被直接或间接地连接到传感器控制器单元。
[0027]为了使偏离测量装置(这里也称为传感器)和线段位置之间的关系尽可能简单，传感器的移动主要平行于线导辊的轴线延伸是有利的。此外，在线导辊延伸的方向上。由于线没有在线导辊之间垂直地延伸(它们螺旋围绕线导辊)，为此可以校正传感器的移动，使得该移动垂直于线段延伸的方向并且当没有工件等负荷对其施加压力时平行于线网的平面。但是，发现该校正对于良好的测量不是必要的。
[0028]对于本发明来说，重要的是传感器移动通过所有的相关线段。此外，传感器应从一根线移动到下一个相邻线。
[0029]偏离检测装置或传感器可以是能够测量距线段的距离或检测线段的存在的任何类型的合适的传感器。距离传感器可以根据未知的因素(如例如所使用的切割液或浆液)确定绝对的正确距离或给定输出。在后一种情况下，线(彼此或与传感器)的相对位置可以被监测。该传感器可以是选自包括光学传感器(光反射屏障或光幕，使用飞行时间或三角测量/立体声“成像”的传感器等)、电感传感器、电容传感器和超声波传感器、机械传感器或其任意