线锯控制系统和线锯的制作方法

专利名称：线锯控制系统和线锯的制作方法
技术领域：
本发明涉及尤其用于检查线锯的线的线锯控制系统、线锯、用于检查线锯的线的方法和用于操作线锯的方法。现有的线锯可以用根据本发明的线锯控制系统进行改造。更具体地，本发明涉及用于检测线锯的线的缺陷、磨损或者损坏的线锯控制系统。本发明具体地涉及多线锯。本发明的线锯具体地适用于切割或者锯切诸如硅块或者石英块的硬材料，例如，用于切割硅晶片，用于开方机，用于分段机等。
背景技术：
线锯用于从一片诸如硅的硬材料切割例如半导体晶片的块或者砖、薄片。在这种装置中，线从线轴馈送，并被线引导筒引导和张紧。用于锯割的线一般设置有研磨材料。作为一个选择，研磨材料能提供为浆料。这可以在线接触待切割的材料前不久完成。由此，研磨材料通过用于切割材料的线而被带到切割位置。作为另一选择，研磨材料能设置在有涂层的线上，例如作为金刚石线。例如，金刚石颗粒能设置在具有涂层的金属线上，其中，金刚石颗粒嵌在线的涂层中。由此，研磨材料牢固地与线连接。线由线引导器引导并/或维持张紧。这些线弓丨导器一般覆盖有一层合成树脂，并刻有凹槽，凹槽具有很精确的几何形状和尺寸。线绕线引导器而缠绕，并形成网或者线网。在锯割过程中，线以相当大的速度移动。网产生与保持要被锯割的工件的支撑梁或者支撑件的前进相反的力。在锯割过程中，要被锯割的工件移动通过线网，其中，此移动速度确定切割速度和/或能在给定的时间量内被锯割的有效切割面积。一般地，为了降低切割的厚度并由此减小浪费的材料，存在使用更薄的线的趋势。还期望使用金刚石线。这些更薄线和金刚石线一般更易受损，并且在高应变下线会更容易断裂。此外，期望增大切割速度以提高收线锯的产量。用于使工件移动通过网的最大速度、以及在给定的时间量内的最大有效切割面积受到若干因素的限制，包括线速度、要被锯割的材料的硬度、干扰影响、期望精度等。当速度增大时，线上的应变一般也增大。因而，以上所述的避免线的损坏、过度磨损或者断裂的问题在更高锯割速度下更加重要。金刚石线的优点(例如，更高可实现的锯割速度)能伴随着诸如对更低的抗断裂性和单位长度更高的价格之类的问题。当采用金刚石线时，能采取措施以确保更高的断裂趋势不会由于非工作状态时间而造成生产的损失。如果在锯割过程中线断裂，则在断裂发生之后尽可能快地检测断裂并且立即停止线的移动是很重要的。同时，期望检测在锯割过程中线是否出现了过度的磨损或者出现了在沿着其长度的一个或者多个位置断裂的趋势。在最差的情况下，如果发生断裂，则会出现不想要的结果。线的松开端会以不能控制的方式在机器中缠绕，这会对线引导系统或者机器的其他部分造成损害。此外，如果线断裂并且继续移动，则它将从要被锯割的物体被扯出。此外，期望通过考虑以下权衡关系来优化线的使用。如果当线仍然足够地有效和安全地锯割诸如晶片的其他物体时、线缠绕在用于使用过的线的线轴上，则线没有最佳地使用，造成财政上的损失。另一方面，如果尽管线不再适合进一步进行锯割处理但是继续使用该线，则线会断裂或者造成不满意的锯割结果。因而，同样，这样的选择在经济上也是不能接受的。

发明内容
鉴于以上，提供一种用于操作线锯的线锯控制系统。线锯适用于通过以可选择的线速度将线相对于晶片移动来切割晶片。线锯控制系统包括用于检查线的照相机和用于根据线速度而操作照相机的照相机控制单元。根据一个方面，提供包括本说明书中描述的线锯控制系统的线锯。具体地，线锯可以是多线锯。根据又一方面，现有的线锯可以用本说明书中描述的线锯控制系统来改造。公开一种用于改造线锯的方法，包括提供具有本说明书中描述的线锯控制系统的线锯。根据又一方面，提供用于检查线锯的线的方法。线锯适用于通过线和晶片的相对移动来切割晶片。该方法包括以可变的线速度移动线；并且根据线速度而检查线，由此获得检查结果。根据又一方面，提供用于操作线锯的方法。用于操作线锯的方法包括本说明书中描述的用于检查线的方法。根据从属权利要求、描述和附图，其他优点、特征、方面和细节是显而易见的。实施例还涉及用于执行所公开的方法的设备，并包括用于执行每个所描述的方法步骤的设备部件。这些方法步骤可以通过硬件部件、由适合的软件编程的计算机、通过这两种方式的组合或者以任何其他方式来执行。此外，根据本发明的实施例还涉及所描述的设备操作的方法。该方法包括用于执行该设备的每个功能的方法步骤。


以能详细理解本发明的以上所述的特征的方式，参照实施例更加具体地描述以上简要概括的本发明。附图关于本发明的实施例，并描述如下:图1示出了根据本说明书描述的实施例的线锯控制系统和线锯的示意透视侧视图。图2示出了根据本说明书描述的实施例的线锯控制系统和线锯的示意透视顶视图。图3示出了根据本说明书描述的实施例的线锯控制系统和线锯的示意透视前侧视图。图4示出了根据本说明书描述的实施例的线锯控制系统和线锯的示意透视前侧视图。图5示出了根据本说明书描述的实施例的线锯控制系统和线锯的示意透视视图。图6示出了用于检查线锯的线的实施例的示意透视图。
具体实施例方式现在将详细地参照本发明的各种实施例，该实施例的一个或者多个示例图示在附图中。在以下对附图的描述中，相同的参考标号是指相同的部件。一般地，仅仅描述各个实施例的不同。每个示例通过对本发明进行说明的方式来提供，并不意味着是对本发明的限制。此外，作为一个实施例的一部分而图示或者描述的特征能与其他实施例结合使用以产生又一个实施例。本描述意在包括这样的修改和变形。此外，在以下描述中，“线锯控制系统”或者简单地“控制系统”可以理解为控制线锯的一些或者所有功能的系统。一般地，本说明书中理解的线锯可以是分段机、开方机或者晶片切割线锯。通常，为了监视机器操作和锯割过程中的参数，控制系统连接到传感器。线锯控制系统包括照相机和照相机控制单元。照相机控制单元适用于例如当由照相机拍摄一个或者多个图像时通过触发来控制照相机。照相机或者照相机控制单元通常适用于执行用于评估成像的图像的图像识别算法。线锯控制系统还可以连接到致动器和装置以控制移动线的电动机。一般地，线锯控制系统可以包括用于与个人互动的装置，以为了接收指令并报告锯割过程的状态。本说明书中描述的控制单元还可以连接到计算机网络以被个人或者自动系统(例如，计算机)直接或者远程地控制。根据本说明书中描述的实施例，操作线锯的方法能借助于计算机程序、软件、计算机软件产品和相关的控制器来进行，相关的控制器通常能具有CPU、存储器、用户界面和与线锯的相应部件进行通信的输入和输出装置。这些部件可以是以下部件中的一个或者多个:电动机、线断裂检测单元、线跟踪装置等，这将在以下详细地描述。通常，线锯包括用于在线移动方向上输送和引导的线引导器。线锯控制系统可以提供对线张紧的控制。所提供的线在线锯的切割区域中形成线网。由此，术语“线网”通常涉及通过线重复地环绕线引导筒而形成的网。应该理解到，线网可以包含一个以上的工作区域，该工作区域限定为执行锯割过程的区域。因而，根据本说明书中描述的一些实施例，线网能具有通过线形成的多个工作区域。对于诸如分段机、开方机或者线锯之类的现代线锯，存在以高速切割诸如半导体材料(例如，硅、石英等)的硬材料的期望。最大线速度(即，移动通过线锯的线的最大速度)可以是例如10m/s或者更高。通常，最大线速度能在10到15m/s的范围内。然而，更高的线速度(诸如20m/s、25m/s或者30m/s)也是期望的。在实施例中，线锯的线的移动包括线的前后移动。本说明书中理解的术语“前后”移动应该包括线的移动方向上的至少一个变化。通常，线的移动方向以可选择的时间间隔重复地改变。为了以期望的线速度解绕线，未使用的线的馈送线轴以高达每分钟几千转数的旋转速度而旋转。例如，为了解开线，可提供1000至2000rpm。在能与本说明书中描述的其他实施例组合的实施例中，线根据装置的类型可以具有不同的直径。在属于开方机的实施例中，线直径可以从约250 μ m到约450 μ m,例如，300 μ m至350 μ m。在属于晶片切割线锯的实施例中，线直径可以从80 μ m到180 μ m,更通常地从120μπι到140 μ m。对于所有的前者，线的扭转会增大线的断裂或者损坏涂层的风险，使得没有扭转的操作是有利的。通过使用金刚石线，与传统的钢制线相比，产量可以增大2倍或者更多。要被锯割的材料相对于移动线移动的速度可以称为材料馈送速率。本说明书中描述的实施例中的材料馈送速率对于晶片切割线锯可以在2 μ m/s到15 μ m/s的范围内，通常约为6 μ m/s到10 μ m/s,对于属于开方机的实施例可以从20 μ m/s到40 μ m/s,通常从28 μ m/s到36 μ m/So根据通常实施例，使用多线锯。多线锯能实现对用于半导体和光伏行业的硅晶片高生产率和高质量的进行切片。多线锯通常包括高强度钢制线，该高强度钢制线可以单向(即，仅仅在向前的方向上)或者双向(即，前后方向)移动以执行切割动作。线可以在其表面上设置有金刚石。线可以在线引导器(在本说明书中还可以称为引导筒)上缠绕，引导器上通常以恒定的节距刻槽，线形成平行线的水平网或者线网。线引导器通过使整个线网以比较高的速度(例如，5至20m/s)移动的驱动器而旋转。如果期望，若干个高流率喷嘴可以向移动的线提供浆料。本说明书中理解的浆料指的是具有悬浮研磨颗粒(例如，碳化硅颗粒)的液体载体。在切割动作过程中，坯料被推动通过线网。可替换地，坯料可以静止，同时线网被推动通过坯料。一般地，不受本说明书中描述的任何具体实施例的限制，短语“切割晶片”具体地包括“将坯料切割成晶片”。线馈送线轴提供所需要的新线，并且线收线线轴存储使用过的线。通常，在行进通过整个线锯之后，线以与锯割过程之前的初始直径相比减小的直径退出线锯的操作区域。线的磨损取决于过程。具体地，切割速率越高，线磨损越高。还有，线使用(对于给定应用所用的线的长度)越高，磨损越低。由于一方面线磨损增大了线断裂的可能性，而另一方面线使用增大了制造晶片的成本，所以本发明期望为了以最小的整体成本获得最佳的过程，而控制线的使用。因而，本发明的基本原理是线使用的优化。本发明具体地涉及多线锯，即，若干个锯割处理在一个时间点进行的处理。同样，如从以下对附图的论述将更加明显可见，通常对于若干个锯割处理在一个时间点仅仅使用一个线。期望通过减小线轴(尤其是提供未使用的线的线馈送线轴)的变化数并且通过避免由于线故障而造成的非工作状态时间，而使线锯的生产率(诸如整体产量或者馈送速率)最优化。同时，期望避免由于过度磨损而造成的不满意的锯割结果，并对于线断裂维持
安全余量。由于更快的切片产生更多的线磨损，这反过来增大了线断裂的可能性，所以期望发现一个或者多个最佳操作参数。根据本发明，在锯割过程中现场发现一个或者多个最佳操作参数。通常，一个或者多个最佳操作参数根据实际测量的线状况而恒定地(诸如以预定的时间间隔)更新。根据实施例，在锯割过程中检查线。例如，可以测量实际线磨损。测量以及可能的随后分析能够立即产生作用(诸如修改操作参数中的一个或者多个)，以为了使过程最优化。例如，可以增大线的速度和/或者减小工作台的速度。因而，减低磨损，这反过来又减小线断裂的可能性。线测量和/或分析的结果还可以使得认为线的状况适合于更长的使用和/或者以馈送速率进行锯割。图1示出了包括线锯控制系统I的线锯100的示意侧视图，并且图2示出了包括线锯控制系统I的线锯100的示意顶视图。线锯控制系统I可以包括用于拾取线的至少一个图像的至少一个照相机20。由此，照相机可以同时拍摄若干个相邻线的图像。照相机20经由缆线或者无线连接15通常连接到照相机控制单元25。控制单元25可以是用于控制锯割过程的线锯控制器的一部分或者用作用于控制锯割过程的线锯控制器。
线锯100具有包括四个线引导筒112、114、116、118的线引导装置。通常，线引导筒112、114、116、118覆盖有一层合成树脂，并刻有凹槽，凹槽具有很精确的几何形状和尺寸。凹槽之间的距离或者凹槽之间的节距确定线230的两个相邻列或者行之间的距离D1。距离Dl减去线直径设定为用于线锯切割的薄片的厚度的上限。例如，在使用诸如浆料的第三媒介的情况下，薄片约为ΙΟμπι至40μπι，比距离Dl和线直径的差更薄。通常，线厚度在120μπι和140 μ m之间，而距离Dl从230 μ m到450μπι(通常在330μπι到370 μ m的范围中)。作为示例，凹槽可以具有300 μ m以下的节距或者距离。根据能与本说明书中描述的其他实施例组合的一些实施例，凹槽的节距或者距离造成相邻线之间的间隔约为ΙΙΟμπ!到350 μ m，通常190 μ m到250 μ m。鉴于以上，本说明书中描述的实施例可以提供大的切割面积和高的切割速率。根据能与本说明书中描述的其他实施例组合的不同实施例，节距(即，凹槽之间的距离)可以在330μπι到370μπι的范围中，例如，350μπι或者以下；相邻线之间的距离可以在IlOym至350μπι的范围中，例如，190μπι到250 μ m或者甚至220 μ m以下；并且/或者得到的晶片厚度可以在120μπι到250μπι的范围中，例如，180μπι到220 μ m或者甚至200 μ m或者以下。由此，应该注意，凹槽节距和凹槽几何形状通常适用于线厚度和线类型，并适用于晶片厚度。此外，每个线引导筒112、114、116、118可以连接到电动机或者驱动器122、124、126、128(在图1中以虚线示出)。每个电动机可以适用于执行线的前后移动。线的前后移动以附图中的参考编号215、225表示。在实施例中，如图1和图2所示，线引导筒112、114、116、118由电动机122、124、126、128直接驱动。如图2所示，每个线引导筒112、114可以直接安装到相应电动机122、124的电动机轴123、125。在一些实施例中，一个或者多个电动机是水冷的。一个或者多个电动机通常通过线锯控制器来控制。关于电动机速度的信息由用于操作照相机的照相机控制单元来使用。在切割动作过程中，一个或者多个坯料302、304、306、308可以被推着通过线网，以对其进行切片。这由分别 夹在坯料302、304和306、308之间的箭头表示。通常，一个或者多个坯料由工作台(未示出)支撑，该工作台能以在本说明书中称为“工作台速度”的速度移动。工作台速度还可以称为馈送速度。一般地，不受本说明书中描述的任何具体实施例限制，工作台速度可以与线速度同步。具体地，一旦为了改变线移动的方向而使线停止时，还可以暂时将工作台速度降低为零或者接近零。可替换地，坯料302、304、306、308可以是静止的，同时线网被推动通过坯料。根据实施例，一个或者多个坯料可以切成多个晶片，诸如至少500或者甚至更多。坯料的通常的长度在多晶硅的情况下在高达250mm的范围内，在单晶硅的情况下在高达500mm的范围内。根据通常的实施例，线馈送线轴134设置有线230储存器。线馈送线轴134(如果仍然完整的话)通常保持几百公里的线。线230从线馈送线轴134馈送到引导筒112、114、116、118。可以设置线收线线轴138，已使用的线230再次缠绕在线轴138上。在图1所示的实施例中，线馈送线轴134和收线线轴138的旋转轴线与线引导筒112、114、116、118的旋转轴线平行。因而，通常，需要无挠曲滑轮或者类似装置来用于将线馈送到线引导器110。由于线上的零度角度，能降低线断裂的风险。通常，可以提供其他装置，诸如低惯性滑轮(未示出)和上面具有可选的数字编码器的用于线张紧调节的张紧臂(未示出)。
在操作过程中，例如，在锯割过程中，电动机122、124、126、128可以驱动线引导筒
112、114、116、118，使得线引导筒绕它们的纵向轴线旋转。根据通常的实施例，线前后移动，以为了执行锯割。由此，通常，在第一时间间隔或者第一距离产生向前移动，在第二时间间隔或者第二距离产生向后移动，第一时间间隔或者第一距离比第二时间间隔或者第二距离长。由此，尽管线交替前后移动，但是线从线馈送线轴134慢慢地输送到线收线线轴138。线230绕线引导筒112、114螺旋缠绕，并在两个线引导筒之间形成一层平行的线。该层通常称为线网200。根据图示的实施例，提供四个线网。同时使用至少一个线网(通常两个线网)进行锯割(如图1所示)。平行线部分的数量通常对应于切片处理的数量。例如，线可以以这样的方式缠绕，使得得到的线网包括平行布置的100个线部分。被推着通过此100个线的网的晶片切成101片。线的输送速度例如在高达20m/s或者甚至25m/s的范围中。驱动线的电动机通常是具有小动量的电动机，以为了在短时间段内停止和加速。这在提供前后移动的本发明的实施例中尤其有用。例如，线的移动的方向可以至少每10秒、至少每30秒或者至少每I分钟进行改变。根据实施例，在锯割一个坯料(或者平行地锯割若干个坯料)的过程中，线移动方向被改变了至少10次、通常至少100次或者至少500次。在锯割坯料的过程中改变线移动方向降低了得到的晶片的整体锥度。如果对于完整的坯料，线在相同的方向上移动通过坯料，则会发生得到的晶片具有梯形形状，这是由于在进入坯料一侧的线比在离开坯料一侧的线携带有更多的浆料。然而，如果不时地改变通过坯料的移动方向，则能补偿此效果。在一个实施例中，其中的一个电动机(例如，电动机122)用作主电动机，而其余电动机124、126、128用作从电动机124、126、128。也就是说，主电动机122可以控制从电动机124、126、128的操作，使得从电动机124、126、128跟随主电动机122。因而，在锯割过程中，电动机122、124、126、128的操作的同步性得到提高，并且能维持。此外，关于若干个电动机或者主电动机的操作状态的信息(即，若干电动机或者主电动机的实际速度)可以被传输到照相机控制单元25，以为了使电动机速度与照相机的操作同步。根据能与本说明书中描述的其他实施例组合的一些实施例，提供两个或者更多个线轴，用于形成至少一个线网。例如，能使用两个、三个或者甚至四个线轴来提供线。由此，根据不同的实施例，能提供对例如在ΙΟΟμπι到170μπι范围中的更薄晶片进行锯割的方法。通常，还能以更高速度锯割更薄的晶片，诸如材料馈送速率在2 μ m/s到12 μ m/s范围中，通常约为5 μ m/s到7 μ m/s。与单线系统相比，通过具有两个或者更多个线轴、并因而具有两个或者更多个线，每个线上的负荷降低。一般地，对于单线网，与双线网相比，由于晶片表面对线表面面积的增大而负荷增大。增大的负荷能造成更低的切割速度。因而，使用两个或者更多个线能增大切割速度，例如使得能提供有效的切割面积、或者12m2/h或者更多的切割面积速率。图3示出了用于线锯的锯控制系统I的实施例的前视图。在图3中，为了图示目的，示出在装置前方的线部分(如虚线所示)。照相机控制单元25通常适用于通过分析照相机拍摄的图像而检测线230的至少一个物理条件的变化。如果线230发生断裂，或者在线显示出不可接受的薄型化的情况下，控制单元检测到该变化，并通常开始反应。这种反应一般可以是(不受本实施例的限制)线速度的增大、工作台速度的降低和/或以这样的方式的线移动的控制，在该方式中与检测之前的操作相比，向前移动的部分与向后移动的部分相比增大。例如，根据照相机拍摄的图像，线可以显示诸如磨损、线直径、线均一性、金刚石浓度和/或金刚石分布的物理条件，该物理条件超过第一阈值。因而，在此情况下，线锯控制系统可以编程以将线速度增大可选择的值(诸如增大至少10% )，将线的张力增大可选择的值(为了降低断裂的可能性)(诸如增大至少10% )，将线的向后移动增大可选择的值(诸如至少20% )。附加地或者可替换地，线锯控制系统可以编程以将工作台速度降低可选择的值(诸如降低至少10% )。由此，线用于更少的锯割处理。根据一些实施例，针对至少一个物理条件，连续地检测线。在此方面中的“物理条件”主要涉及线是否显示出大的磨损或者均一性，或者线是否具有任何类型的缺陷、小裂缝、断裂、金相结构(诸如颗粒尺寸)的变化、高水平的使用(例如，大的薄型化)等的问题。在此上下文中理解的连续地理解为以可选择的时间间隔重复地。此时间间隔通常与在一个方向上线移动持续的时间相同。一旦为了将线沿着相反的方向移动而使线停止，根据实施例，检测线。在线的物理条件超过阈值的情况下，作为反应，操作的模式改变。一旦检测的各个参数或者所有参数再次回到可允许的范围内，则操作的模式可以重新设定为通常的模式。本说明书中理解的照相机通常包括处理可见辐射的能力。根据其他实施例，照相机可以适用于处理额外光学范围中的辐射，诸如红外线、紫外线辐射、X-射线、阿尔法颗粒辐射、电子颗粒辐射和/或伽玛射线。根据通常的实施例，用于所列的辐射类型中的一个或者多个的源是设置的一部分。例如，在适用于在光学范围(400-800nm)内处理辐射的照相机的情况下，LED的使用的环境光会用作各自光源。照相机可以以光电传感器或者CCD传感器(电荷耦合器件)的形式来应用。照相机通常与线的应该被监视或者监督的部分相邻设置。在如上所述采用线网的线锯中，照相机可以如图2所示与线的彼此平行突起的部分相邻设置。在实施例中，照相机20安装到支撑件，通常，安装到板、固体或者壳体的表面，这些板、固体或者壳体可以是由塑料、金属或者任何其他适合的材料制成。根据一些实施例，设置许多照相机。这尤其适用于包括两个或者更多个线的线锯。在此情况下，通常，每个线提供至少一个照相机。在操作中，通过至少一个照相机检测每个线。可以通过相同的照相机控制单元根据各自线速度而操作两个或者更多个照相机，或者每个照相机可以具有用于操作照相机的照相机控制单元。无论如何，许多照相机中的每一个根据各个照相机针对的线的速度而操作。此外，根据能与其他实施例组合的又一个实施例，能使用更薄的线，例如，具有最大120 μ m或者最大80 μ m的厚度的线。由此，切割面积增大。通常，在锯割由浆料支持的情况下，在线的使用过程中线的厚度降低。因而，如果单个线用于更大的切割面积，则存在线很快变薄直到线发生断裂的风险。因而，为了建立线网(例如，连续的线网)而使用两个线一方面降低了线上的负荷，由此能够实现更高的切割速度，而另一方面，能够实现更薄的线，这允许更小的线距离，由此增大切割面积。一般地，不受任何实施例的限制，每个照相机适用于检查至少一个线部分。通常，许多(诸如两个、三个或者更多个)照相机大致布置成排。如果平行的线部分之间的距离较小(这对于用于半导体处理的一些线锯是通常的)，则每个照相机可以覆盖许多线部分，通常从4到100个平行线部分，更通常从20到50个线部分。图4示意性地示出其中提供四个照相机的实施例。尽管实施例示出了如所述的仅仅使用一个线，但是在图示实施例中使用和检查两个或者四个线也是可以的。在本说明书中描述的实施例中，线之间的距离从ΙΙΟμπι到310μπι。照相机20和线230部分之间的距离取决于多个因素，例如，照相机所采用的类型、它们的技术规格、线的类型和厚度等。通常，该距离通常从Icm到20cm，更具体地在5cm和15cm之间，诸如10cm+/-2.5cm。根据实施例，高达10mm(尤其是在Imm和5mm之间)的网在照相机的视野内。通常，此对应于一次高达30个线的成像，更具体地在5和20线之间的成像。一个或者多个照相机20的信号经由连接线15而与控制单元25通信。如所论述，照相机控制单元通常是线锯的控制器，但是它还可以是单独的装置。控制器适用于在线锯的操作过程中检查和分析一个或者多个照相机的信号。如所述，如果线显示了定义为异常的任何物理条件，则控制单元检测该变化，并触发反应。在实施例中，照相机控制单元在检测到的线出现缺陷的情况下立即使线锯的操作停止，以为了防止由于用以上所述的线缺陷进行的操作而引起的不期望的结果。照相机控制单元还可以附加地发送警报信号。警报信号通常例如借助于呼叫器、喇叭或者扬声器而以声学的方式发出，并还可以借助于发光器件而以光学的方式发出。该单元还可以将信号经由计算机网络等发送到操作者屏幕或者外部装置。异常线部分的位置可以经由包括多个线部分的线网的图形表示而以图形的方式显示。在实施例中，照相机控制单元能够区分线的恶化(诸如缺陷、磨损、磨蚀、不均一性等)的不同等级。这意味着可以识别线的至少一个性能的小变化(线的直径的减小量超过极限值)引起的照相机信号的略微变化。然后，其可以作为异常来标记。在实施例中，该装置的控制单元适用于决定线的性能的变化是否会造成线锯的一个或者多个操作参数的变化。一个或者多个操作参数的变化会包括以下动作中的一个或者多个:根据实施例，线速度可以作为反应而增大。根据通常的实施例，增大线速度伴随着减小工作台速度。可替换地，在不改变线速度的同时仅仅减小工作台速度。根据本发明的理解，有几个选项来增大线速度。一个选项是将线的最小速度增大例如至少10%或者至少20%。可以以相同的百分比(其表示线速度的增大)降低工作台速度。例如，如果线以例如至少15m/s的速度移动,则线速度可以增大到至少18m/s(其对应于线速度增大20% )。可以与前述选项组合的另一选项是在方向变化之后降低线的减速度。减速度的降低在感测到裂缝等情况下尤其有用。根据实施例，另一反应可以增大向前移动的线的长度，并且/或者减小向后移动的线的长度。一般地，不受所述实施例的限制，线可以向前移动第一线长度，并且随后线可以向后移动第二线长度。根据通常参照线的通常操作的一些实施例，第一线长度略大于第二线长度。在上下文中理解的“略”尤其是指高达10%的差别，更具体地高达5%或者仅仅1%。根据其他实施例，第一线长度大于第二线长度例如达5m和50m之间，通常在5m和20m之间，诸如在5m和IOm之间。由此,在一个向前移动和向后移动之后，线已经向前移动了限定为第一长度和第二长度之间的差的长度。通常，此长度差在收线线轴上卷绕，因为通常认为它不适合于进一步使用。作为额外反应，该操作可以停止。即，在此实施例中，检测结果使得线锯停止。警报信号可以触发，以为了将停止通知操作者。例如如果线直径变得低于停止阈值，而引起线的停止。本发明的一般效果是避免操作停止。根据一些实施例，照相机与收线线轴相邻定位。本说明书中理解的术语“相邻”要理解成照相机定位在锯割之后线的位置处。因而，在经过照相机之后，线会越过一个或者多个引导辊等，并在此之后，线卷绕在收线线轴处。这种实施例在图5中示意性地图示。在本发明的一些实施例中，控制线锯，使得线以交替的方式向前和向后移动。如所述，通常，向前移动的线长度比向后移动的线的长度大诸如0.5%和5%之间，更通常地大
0.5%和3%之间。通常，每个移动方向(即，向前和向后)操作持续IOs和5min之间(更具体地在IOs和Imin之间)的时间间隔。如所述，向前移动的时间间隔比向后移动的时间间隔大诸如至少0.5 %或者1%。根据本发明的各个方面，照相机的操作和线的操作同步。由此，可以在获得的图像质量最大化时检查线。例如，根据一些实施例，触发照相机以总是在线速度为零或者基本为零时拍摄图像。术语“基本为零”可以包括高达+/-lm/s的速度。通常，当线的移动方向变化时，例如从向前移动到向后移动或者从向后移动到向前移动，触发照相机的操作。根据一些实施例，照相机在其操作被触发时拍摄一个图像，根据其他实施例，照相机在其操作被触发时拍摄至少两个、三个或者甚至更多图像，并且根据又一实施例，照相机可以适于恒定地拍摄图像，诸如每秒至少30或者50个图像(例如，照相机可以是视频照相机)。一般地，分析所有拍摄的图像，以为了检查线，或者可替换地，使用图像集中的仅仅一个图像来进行进一步分析，具体地，所述一个图像在图像质量(诸如对比度)上胜过其他图像。可替换地或者附加地，本说明书中描述的线锯控制系统还可以至少包括第二照相机，该第二照相机可以适于与第一照相机同时拍摄线的图像。第一照相机拍摄的图像和第二照相机拍摄的图像可以用于对检查的分析，或者仅仅使用一个图像，具体地，所述一个图像在图像质量(诸如对比度)上胜过至少一个其他图像。照相机根据线速度而操作的特征通常不排除照相机恒定地拍摄的可能性。例如，照相机可以是视频照相机。然而，在此情况下，通常分析仅仅在能够实现适合结果质量的线速度下拍摄的那些图像。换言之，根据实施例，可以丢弃在高速下拍摄的图像，而分析在降低的线速度或者甚至零线速度下拍摄的图像。照相机根据线速度而操作的特征通常不排除照相机恒定地拍摄并且分析所有图像的可能性。然而，根据实施例，仅仅对在降低的线速度或者甚至零线速度下拍摄的那些图像的分析结果能引起线锯的至少一个操作参数的改变。本说明书中理解的对线的检查具体地包括对诸如线直径和/或线均一性(即，直径的变化)的线参数的分析。可以定义可存储在数据存储单元中的阈值，该数据存储单元可以是线锯控制系统的一部分或者与线锯控制系统相连。例如，在附图中图示的照相机控制单元25可以设置有这种数据存储器(未示出)。线锯控制系统可以适用于将线直径的测量值与所存储的阈值相比较。根据该结果，可以触发动作。例如，可以定义阈值组，例如该阈值组包括第一阈值和第二阈值。阈值可以指线直径，并因而指示出线的磨损。第二阈值可以定义直径，其中，低于此直径造成线锯的操作切换到第二操作模式。第二操作模式通常包括比正常操作更高的线速度。术语“正常操作”由此是指其中线锯以想要的速度操作并不受任何低于任何阈值的影响的操作模式。例如，第二操作模式的速度可以与正常操作相比增大至少5%或者至少10%。第一阈值可以定义直径，其中，低于此直径造成线锯的操作切换到第一操作模式。第一操作模式通常包括比正常操作更高的线速度。此外，第一操作模式可以包括仍然小于第二操作模式的速度的线速度。例如，第一操作模式的速度可以与正常操作相比增大至少3%或者至少6%。可替换地或者附加地，第一和第二操作模式可以包括与正常操作相比线的向前移动和向后移动之间更大的比率。尽管本实施例参照离散的阈值，但是它一般还可以将与线锯的操作参数(诸如，线速度)有关的函数定义到一个或者多个测量的线参数(诸如，线直径)。例如，设d为测量的线直径，并且设V为操作线锯的速度，则以作为线直径的函数的速度(即，根据V =f(d)))来操作线锯。通常，函数f(d)是递增函数，例如，V可以与d成反比。明显地，这些示例性关系通常关于线锯能正常操作的最小速度以上的情况。短语“根据线速度操作照相机”具体地包括线速度和照相机的同步。本说明书中描述的若干个实施例使照相机的操作与线的前后移动同步。然而，本说明书中理解的同步不必要求线的移动方向的改变。相反，线可以仅仅在一个方向(诸如，向前的方向)上移动特定的时间段，其中，在此移动过程中仍然期望检查线。在特定的时间间隔可以降低线速度，以为了触发照相机的操作，并因而能够实现高质量的图像结果。例如，线可以以第一速度移动。第一速度可以是线锯的最大速度。在可选择的时间间隔之后，线速度降低到较低速度值，以拍摄线的图像。较低速度可以在零(含)和最大速度(不含)之间。例如，最大速度可以在15和25m/s的范围中，并且拍摄图像的较低速度可以在O和10m/s之间的范围中，通常在O和5m/s之间。紧接在拍摄图像之后，线速度再次增大，通常增大到最大速度。此操作方式可以以可选择的时间间隔重复。或许在许多可选择的时间间隔之后(例如，在五个或者十个之后)，可以改变线移动方向。当改变线的移动方向时和在其他可选择的时间间隔(其通常与在本段中之前描述的可选择的时间间隔相同)线随后的移动过程中，可以触发照相机的操作。根据实施例，本发明涉及图像分析系统，其在锯割过程中拍摄线(通常，金刚石线或者钢制线)的图像。本说明书中涉及的图像的比例是微观的。根据一些图示的实施例，线以高达20m/s的速度以前后移动的方式移动，其中，通常，每个向前移动跟随着向后移动(只要至少线没有用完或者处理由于其他原因而改变)。在实施例中，在方向改变过程中(从向后移动到向前移动或者从向前移动到向后移动)，线的速度等于Om/s。本发明提出了使线速度与照相机的操作同步以为了拍摄线的图像、并执行对所拍摄的一个或者多个图像的分析。从此分析中，可以获得与在测量位置处线的性能有关的信息，例如，磨损、质量、均一性、线中的金刚石浓度和金刚石分布。在钢制线的情况下，磨损通常很大程度与造成的线的直径相关联。通过当线速度降低甚至为零时检查线，与其中在正常(全速)操作过程中进行检查的技术相比，拍摄图像的结果显著地改善。因而，可以进行高精度分析，以允许获得关于诸如前述的一个或者多个线性能的精确信息。因而，又允许使用此信息以最佳的方式控制线锯的进一步操作。由此，结果是，根据一些实施例，将照相机定位在线已经完成锯割处理的线位置处是特别有益的。换言之，将照相机定位成靠近缠绕线轴是特别有益的。此位置能够得到与完全通过线锯之后的线状态有关的的充分信息，并且所描述的同步能够实现高精度分析。所获得的和分析的信息能用于进一步控制线锯的操作，诸如控制线速度。因而，本发明提供了对通过持续锯割处理而产生的实际线磨损的测量。一般允许进行立即的动作以降低磨损。如所述，照相机通常在线离开线网之后定位。快速图像获取系统通常用作照相机。它可以实时监视离开切片空间的实际线直径。此信息然后用来维持操作参数，以减速或者加速切割速率和/或线速度，以为了维持恒定的磨损，因而产生最优化的线消耗以及低的线断裂发生率。专用软件可以显示直径，并提供用于自动机器调节的装置。此外，一般照相机还可以定位成与提供未使用的线的线轴相邻。因而，本发明还能用于新线直径测量，具体地，检查公差状态并挑出不符合规格的线。本发明还能用于打印处理控制和质量证明的统计报告。在线锯的操作过程中，线张力可以维持恒定，例如维持在10-30Ν。然而，根据本公开的实施例，线张力响应于未使用的线的检查结果而暂时改变。例如，如果未使用的线显示出裂缝等，可以降低张力，直到各个线部分再次缠绕在线线轴上。根据实施例，照相机附加地设置有以下示例性地参照图6论述的一个或者多个特征。可以设置激光屏蔽装置，根据具体实施例，该激光屏蔽装置定位在线锯处或者线锯内。它可以包括保护罩，以避免诸如由于例如浆料溅射等造成的损坏或者故障。更详细地参照图6的示例性图示，可以设置激光屏蔽装置680。激光屏蔽装置一般布置成能检查线230。在此情况下，线230容纳在装置的凹部690中。激光屏蔽装置包括旋转的反射镜600。旋转的反射镜看起来具有圆形的截面(不过是小尺寸)，反射镜由多个布置在彼此相邻位置中的平面板组成。由此，一旦反射镜枢转，则反射镜的反射方向恒定地交替变换。提供诸如激光二极管640的光源，用于产生激光的光束650。激光的光束入射在旋转的反射镜600处。它以交替的方式将光束650反射到反射镜610和611。在图6所示的图不中，光束650朝着反射镜610反射。这些反射镜将光束分别反射通过其他可选的光学装置(诸如所示的透镜630和631)，以及分别通过透镜670和671。由此，线230被测量激光束从两侧以交替的方式环绕。激光束记录在照相机621和622中。照相机621和622可以是本说明书中描述的照相机，具体地，它们可以是光电二极管。照相机621和622连接到视频信号处理单元660，该视频信号处理单元660适用于通常地评估测量结果。本说明书中描述的照相机控制单元能用作视频信号处理单元。尽管前述涉及本发明的实施例，但是可以在不脱离本发明的基本范围的情况下可以设计本发明的其他和进一步的实施例，并且本发明的范围由权利要求确定。
权利要求
1.一种用于操作线锯的线锯控制系统，所述线锯适合于通过以可选择的线速度将线相对于晶片移动而切割所述晶片，所述线锯控制系统包括: a)用于检查所述线的照相机； b)用于根据线速度来操作所述照相机的照相机控制单元。
2.根据权利要求1或2所述的线锯控制系统，所述线锯控制系统根据检查的结果来改变所述线锯的至少一个操作参数。
3.根据权利要求2所述的线锯控制系统，其中，所述至少一个操作参数是从以下组中的一个或者多个选择:增大所述线速度、降低工作台速度和增大向前移动和向后移动之间的比率。
4.根据权利要求1所述的线锯控制系统，其中，检查所述线包括检查以下性能中的一个或者多个:线磨损、线直径、线均一性、所述线的金刚石浓度和所述线的金刚石分布。
5.一种线锯,包括: 用于操作线锯的线锯控制系统，所述线锯适合于通过以可选择的线速度将线相对于晶片移动而切割所述晶片，所述线锯控制系统包括: a)用于检查所述线的照相机； b)用于根据线速度来操作所述照相机的照相机控制单元。
6.根据权利要求5所述的线锯，还包括收线线轴，其中，所述照相机与所述收线线轴相邻定位。
7.根据权利要求5或6 所述的线锯，还包括至少一个驱动器，所述驱动器用于驱动所述线，其中，所述驱动器适合于执行前后移动。
8.根据权利要求5或6所述的线锯，其中，所述线是金刚石线。
9.根据权利要求5或6所述的线锯，所述线锯适合于根据检查的结果来改变所述线锯的至少一个操作参数。
10.根据权利要求5或6所述的线锯，其中，所述至少一个操作参数是从以下组中的一个或者多个选择:增大所述线速度、降低工作台速度和增大向前移动和向后移动之间的比率。
11.根据权利要求5或6所述的线锯，其中，检查所述线包括检查以下性能中的一个或者多个:线磨损、线直径、线均一性、所述线的金刚石浓度和所述线的金刚石分布。
12.一种用于检查线锯的线的方法，所述线锯适合于通过所述线和晶片的相对移动来切割所述晶片，所述方法包括如下步骤: a)以可变的线速度移动所述线；并且 b)根据所述线速度来检查所述线，由此获得检查结果。
13.根据权利要求12或13所述的方法，其中，检查所述线包括用照相机拍摄所述线的至少一个图像。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，检查所述线包括检查以下性能中的一个或者多个:线磨损、线质量、线直径、线均一性、所述线的金刚石浓度和所述线的金刚石分布。
15.根据权利要求12或13所述的方法，还包括操作所述线锯。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，操作所述线锯包括将所述线沿着第一方向移动第一时间间隔，并且将所述线沿着第二方向移动第二时间间隔，其中，所述第一方向和所述第二方向彼此相反。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二时间间隔比所述第一时间间隔小。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，当所述线速度基本上为零时检查所述线。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，操作所述线锯包括根据所述检查结果而改变所述线锯的至少一个操作参数。
20.根据权利 要求19所述的方法，其中，所述至少一个操作参数是从以下组中的一个或者多个选择:增大所述线速度、降低所述工作台速度和增大向前移动和向后移动之间的比率。
全文摘要
本发明公开一种线锯控制系统和线锯。提供给一种用于操作线锯(100)的线锯控制系统(1)。线锯适用于通过以可选择的线速度将线(230)相对于晶片移动而切割晶片(304、304、306、308)。线锯控制系统包括用于检查线的照相机(20)；和用于根据线速度来操作照相机的照相机控制单元(25)。此外，提供一种包括线锯控制系统的线锯以及用于检查线锯的线的方法。该方法包括以可变的线速度移动线；并且根据线速度来检查线，由此获得检查结果。
文档编号B28D7/00GK103085185SQ20111045914
公开日2013年5月8日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年10月28日
发明者菲利普·那斯卡, 吉恩-马克·罗斯特 申请人:应用材料瑞士有限责任公司