专利名称：金刚石线锯装置和方法
技术领域：
本发明的实施例涉及金刚石线锯装置以及用于操作金刚石线锯装置的方法。现有的金刚石线锯可以使用根据本发明的金刚石线锯装置的元件来翻新改进。更具体而言，本发明涉及检测金刚石线锯装置的金刚石线的缺陷、磨损和断裂。本发明的线锯具体地适用于切割或锯切诸如硅或石英的块体等坚硬材料(例如适用于切割硅锭)，适用于切方机(squarer)、剪切机等，特别地还适用于用在半导体工业中。具体地，本发明涉及诸如通过所公开的金刚石线锯装置等来对锭进行切方(square)。
背景技术：
在半导体工业中，需要薄晶圆来在其中压印电子电路或在其上沉积电子电路。线锯用来从诸如硅等的坚硬材料块上切割块体、砖形体或薄片(例如半导体晶圆)。在这样的装置中，线从线轴进给，并且由线导引筒引导和张紧。用于锯切的线通常设置有研磨材料。作为一种选择，研磨材料能够以浆料的方式提供。这可以在线接触要被切割的材料之前短时间内完成。因此，研磨剂由用于切割材料的线携带到切割位置。浆料包括诸如油或聚乙二醇等载体材料，并带有诸如颗粒 (例如碳化硅颗粒)等的研磨添加剂。在操作期间，浆料同时用作冷却材料。作为另一种选择，研磨剂可利用涂层设置在线上。典型的示例(特别上对于半导体切晶圆来说)是金刚石线。例如，金刚石颗粒可利用涂层设置在金属线上，其中金刚石颗粒嵌入在线的涂层中。从而，研磨剂与线稳固地连接。在操作期间，需要冷却金刚石线，这传统地利用可能包括一些冷却添加剂的水基液体来完成。如果线在锯切过程中断裂，则在线的断裂发生以后尽快地检测到断裂并且立即停止线的运动是极度重要的。在最糟糕的情况下，如果发生断裂，则可能产生不必要的后果。线的松开端可能以不可控的方式在机器中到处移动，这可能损害线导引系统或者机器的其他部分。此外，如果线断裂并继续移动，则它将被要锯切的目标撕裂。为了以使得机器的停止最少的方式来改进切割过程，需要尽快地检测线锯装置的任何故障。为了实现该目的，本领域中已知各种技术。例如，已知操作光学控制，以分析线质量和检测诸如破裂等故障。本领域中还已知，对线施加直流电压(DC)并且测量例如线端部的电压。在线断裂的情况下，线断开。通过线的电流终止，并且测量到的电压对应于所施加的电压。线的端部也可能接触线锯装置的其他导电部分，并且导致接地甚至短路。然而，发明人发现基于DC的线锯断裂检测系统可适用于设置有浆料的线锯，然而，本发明人发现该技术对于金刚石线锯装置不足够有益。具体地，发明人发现线频繁地受到损害。
发明内容
鉴于以上内容，根据一个方面，公开了一种用于通过金刚石线来切割锭的金刚石线锯装置。金刚石线锯适用于相对于锭移动金刚石线。金刚石线锯装置包括金刚石线缺陷检测系统，其配置成向金刚石线施加交流信号。根据另一个方面，公开了一种用于切割锭的金刚石线锯装置。金刚石线锯装置包括金刚石线和金刚石线缺陷检测系统，其中金刚石线适用于相对于锭被移动并且金刚石线检测系统被配置成向金刚石线施加交流信号。根据另一个方面，公开了一种用于操作金刚石线锯装置的方法，该金刚石线锯装置用于切割锭。该金刚石线锯装置包括金刚石线。所述方法包括:向金刚石线施加交流信号；以及测量金刚石线的相应信号。根据又一个方面，提供了一种用于使用金刚石线缺陷检测系统来翻新改进金刚石线锯装置的方法。金刚石线锯装置包括金刚石线。该方法包括以下步骤:提供被配置成向金刚石线施加交流信号的金刚石线缺陷检测系统；以及使金刚石线缺陷检测系统与金刚石线导电地接触。其他的优势、特征、方面和细节从从属权利要求、说明书和附图变得明白。实施例也指向用于实施所述公开的方法的装置，并且包括用于执行各个所述方法步骤的装置部分。这些方法步骤可以通过硬件、由适当软件编程的计算机程序、两者的任意组合或者其他任何方式来执行。此外，根据本发明的实施例也指向所述装置操作的方法。其包括用于执行装置的每个功能的方法步骤。
为了可以详细理解本发明的上面所述特征的方式，通过参考实施例来提供上面总结的本发明的更具体的描述。附图涉及本发明的实施例并且描述如下:图1示出了根据本文 所述的实施例的金刚石线锯装置的示意性透视侧视图。图2-5示出了根据本文所述的实施例的金刚石线锯装置的示意性等效电路图。图6示出了根据本文所述的实施例的金刚石线锯装置的示意性透视侧视图。图7示出了根据本文所述的实施例的金刚石线锯装置的示意性透视侧视图。图8示出了根据本文所述的实施例的施加到金刚石线锯的金刚石线的电压的示意性电压-时间图。图9示出了根据本文所述的实施例的施加到金刚石线锯的金刚石线的电压的示意性电压-时间图。图10示出了根据本文所述的实施例的施加到金刚石线锯的金刚石线的电压的示意性电压-时间图。
具体实施例方式现在将详细提及本发明的各个实施例，各个实施例的一个或多个示例在附图中图示。在关于附图的以下说明中，相同的附图标记指的是相同的组件。通常，仅描述相对于各个实施例的不同之处。每个示例以对本发明进行解释的方式提供，并且不意在作为对本发明的限制。此外，作为一个实施例的一部分说明或描述的特征可用在其他实施例上或者与其他实施例结合以产生另一实施例。本说明意在包括这样的修改和变体。如上所述，发明人发现，如对于基于浆料的晶圆锯切有用的断裂检测系统、特别是DC断裂检测系统，若应用于金刚石锯切则具有重要的缺点。更具体而言，金刚石线当在锯切期间通电有DC电流时倾向于较早断裂。由发明人进行的金刚石线的详细显微镜分析，发现所用的金刚石线由于镀镍等被部分覆盖。这样，金刚石线的表面是不规则的并且显示了可能延伸较大的镀覆突起。当线高度移动通过锭时，突起在各自的位置处产生高电阻。结果，在这些位置处的线暴露于高负载。疲劳增加，并且线在这些位置处倾向于较早地断裂。发明人还发现，这些缺点源于当金刚石线在线锯装置的操作期间被通以DC电流时发生的微电解效应。更详细而言，变成了冷却剂用作电解质，线用作阳极并且接地的金刚石线锯装置框架用作阴极。发明人还发现，对于基于浆料的切割过程中的钢线没有可比的危害。本发明的基础是如下理念，S卩如果对金刚石线施加直流信号，则金刚石线会由于冷却剂介质而经受微电解效应，其中冷却剂介质通常是可能添加有一些冷却添加剂的水基液体，诸如水等。与之相反，用于基于浆料的锯切的载体液体是油或聚乙二醇等，其中不会发生微电解效应。概括来说，基于浆料的锯切不会遭受与金刚石线锯切类似的这些问题。因此，对于发明人的进一步研究没有帮助。克服金刚石线锯切中的缺点的方式可以是对于金刚石线锯切也使用除了水基液体以外的液体。然而,这不仅增加操作成本,还需要做现有技术和设备的本质翻新改进和改编。鉴于这些，发明人发现，当对金刚石线施加交流信号来代替直流电流信号时微电解效应通常能够大量减少。因此，本公开提供了配置为对金刚石线施加交流电压的线缺陷检测系统。如本文所使用的，术语“在线上的电压”或者“线的电压”指的是线与地面(诸如接地金刚石线锯装置框架等)之间的电势差。
交流信号可以是例如在第一电压值和第二电压值之间振荡的交流信号。第一电压值可以是例如在高达IOV或者仅高达5V的范围内，诸如3V等，并且第二电压值可以是负值，并且可以是例如在高达-1OV甚至-5V的范围内，诸如-3V等。根据实施例，设置了用于测量在金刚石线上的电参数的信号测量单元。通常，电参数是金刚石线上的电压和/或通过金刚石线的电流。可以设置分析模块，并且分析模块连接到信号测量单元。分析模块适用于分析所测量的信号。具体而言，分析模块适用于将所测量的信号与可选择的阈值信号进行比较。如果所测量的信号在可选择的阈值信号以下，则分析模块可以将该情况诊断为异常情况。分析模块可以触发反应，诸如通知金刚石线锯装置的控制单元该异常情况。当所测量的信号保持在可选择的阈值信号以上时，分析模块可以将该情况诊断为正常情况。 根据实施例，交流信号具有方波形状。即，所施加的信号在基本恒定的第一电压值与基本恒定的第二电压值之间交替。所施加的平均电压基本为零，有益于减少任何微电解效应。应该理解，在给定语境中的术语“基本上”包括在电压方面高达IOOmV或者高达IOmV的偏差。在方波电压的情况下，基本恒定的第一值的绝对值通常等于基本恒定的第二值的绝对值。例如，方波电压可以在3V与-3V之间振荡。在本文中，术语信号(诸如电压等)的“绝对值”应该指示信号的值而不管其符号如何。例如，如本文所理解的，在3V与-3V之间振荡的方波电压具有3V的恒定绝对值。提供方波交流信号在简化分析在线上产生的信号方面是有益的。具体而言，如下面将更详细地描述的，冷却剂的使用可以导致所测量电压的随时间变化的降低。正常情况下金刚石线的断裂也是这样。不管怎样，并不是每次电压的降低都对应于线的断裂。因此，期望根据本文所述的实施例的线缺陷检测系统能够快速地将断裂与不是由故障引起的电压降低。方波信号在所提供的电压除了在其进行电压的符号改变的较短时间以外、总是处于最大值方面是有益的。与正弦波形式(在领域中，在公众中通常将其理解为“交流信号”)相比，这减少了反馈时间。例如，正弦波的电压对于过零附近的基本时间量接近于零。显然，由于信号几乎不能以任何方式测量，因此在那段时间发生的断裂很难确定。通过使用高频率可以减弱该效果。然而，高频率具有造成电磁干扰并且从而造成金刚石线锯装置的设备(诸如传感器等)的紊乱。因此，可以对线锯施加交流信号。此外，变成有益于对使用在IHz与IkHz之间、特别是在IHz与IOOHz之间的低频率，诸如在30Hz与50Hz之间。根据本公开的实施例，线的电压的绝对值以如下方式控制，该方式使得在正常操作条件下，即在不存在诸如线的断裂等的实质故障时的那些时间期间，电压的绝对值基本恒定。短语“保持线的电压的绝对值基本恒定”应该理解为，持续地适配所施加的电压，以在线中提供基本恒定的电压。在本文 中的术语“基本”应该包括小于15%的偏差，甚至10%的偏差。当然，由于改变AC信号中的电压的符号仅在理论上对绝对值没有影响，因此在实践中可能存在其中绝对值下降的较短时刻。然而，短语“保持线的电压的绝对值基本恒定”应该包括该较短下降。然而，已知的DC技术对线施加恒定电压，在线上的电压由于与冷却剂随时间变化的接触而随着时间实质上不同。例如，已知的DC技术对线施加15V，而线的电压在金刚石线锯装置的操作期间例如在4V到7V之间变化。如下面将更详细地描述的，原因是水基冷却剂可以认为是将线与线锯装置的接地部分(诸如线锯装置框架等)连接的具有可变电阻的电导体。与之相反，根据本公开的某些实施例，线的电压可控制为基本恒定的绝对值。例如，可以给予金刚石线锯的操作者机会来选取在线上的电压的基本恒定的绝对值，例如3V等。这意味着，本公开的电源单元和/或控制单元对线施加这样的电压信号，使得在线上产生的电压绝对值基本上在该恒定值上(假设没有故障发生)。例如，如果期望在线上有3V的电压，则由电源单元施加的电压可以在5V到IOV之间变化。因此，本质上简化了对所测量信号的监控。根据本文所述的实施例，操作金刚石线锯装置的方法可以通过计算机程序、软件、计算机软件产品和相关控制器来进行，其中相关控制器通常可以具有CPU、存储器、用户界面以及与金刚石线锯装置的相应组件通信的输入和输出。这些组件可以是以下组件中的一个或多个:电动机、线破裂检测单元、线跟踪装置等，这将在下面更详细地描述。通常，金刚石线锯装置包括至少两个通常是四个线导引器，其用于在线移动方向上输送和引导金刚石线。例如，线导引器可以线导引筒。该至少两个导引器各个可以设置有至少一个凹槽。该凹槽可以包括用于接收电绝缘的金刚石线的表面。例如，线导引器可以覆盖有合成树脂层并且可有具有精确几何形状和尺寸。在金刚石线锯装置中，金刚石线通常卷绕在线导引器上并且形成网或线网。在锯切期间，线以相当可观的速度移动。网产生与支撑梁或保持要被锯切的工件的推力相反的力。在锯切期间，被锯切的工件移动通过线网，其中该移动的速度确定切割速度和/或在给定时间量内能够锯切的有效切割面积。如本文所公开的金刚石线锯装置适用于接收金刚石线。金刚石线锯装置不适于使用诸如标准的钢线等未涂覆的线来操作。使用未涂覆的线的锯切过程还涉及浆料的使用。例如，金刚石线锯装置可以在所用喷嘴的形式和形状上、在用于冷却剂的储槽上、用于导引线的轮(pulley)的形状、形式和布置上不同于基于传统浆料的钢线锯。线锯控制系统可以提供金刚石线张力的控制。所提供的金刚石线在线锯的切割区域中形成线网。因此，术语“线网”通常涉及由金刚石线反复环绕线导引器而形成的线网。应该理解，线网可以包含多于一个的工作区域，其中工作区域定义为在其中执行锯切过程的区域。因此，根据本文所述的一些实施例，线网可以具有由线形成的多个工作区域。对于剪切机、切方机或切片机等现代线锯，期望以高速度切割诸如半导体材料(例如，硅、石英等)等 坚硬材料。作为线移动通过线锯的最大速度的最大线速度可以是，例如10m/s甚至更高。通常,最大线速度可以在10_15m/s的范围内。然而,诸如20m/s、25m/s或30m/s等更高的线速度也是能够期望的。在实施例中，金刚石线锯的金刚石线的移动包括线的前后移动。本文所理解的术语“前后”移动应该包括在线的移动方向上的至少一个改变。通常，线的移动方向在可选择的时间间隔内重复地改变，使得有用的金刚石线与连续向前移动的情况相比能够用于更多的切割。为了以期望的线速度展开线，未使用线的进给卷轴以高达几千转每分钟的旋转速度旋转。例如，可以提供1000至2000rpm以展开线。在能够与本文所述的其他实施例结合的实施例中，线根据设备的类型可以具有不同的直径。在属于切方机的实施例中，线直径可以从约80μπι到约450 μ m，例如，300 μ m到350 μ m。在属于晶圆切割线锯的实施例中，线直径可以从80μπι到180 μ m，更典型地从120μπι到140μπι。对于所有之前的内容，线的扭曲可能增加使线断裂或者损坏涂层的危险，使得无扭操作是不利的。通过使用金刚石线，与使用浆料作为研磨剂的传统钢相比，生存率可以增加2倍甚至更多倍。要被锯切的材料相对于移动的线移动的速度可以称作材料进给速率。本文所述实施例中的材料进给速率对于晶圆切割线锯可以在2 μ m/s到15 μ m/s、通常在约6 μ m/s到10 μ m/s的范围内，对于属于切方机的实施例在从20 μ m/s到40 μ m/s、通常在从28 μ m/s到36 μ m/s的范围内。根据典型的实施例，使用多线锯。多线锯允许对于半导体和光伏工业的高生产率和硅晶圆的高质量切片。多线锯通常包括可单向(即，仅在向前方向上)或双向(即，向后和向前)移动以执行切割动作。金刚石线可以卷绕在线导引器上，其中线导引器通常以恒定间距形成凹槽，形成平行线的水平网或线网。线导引器通过驱动器旋转，其中驱动器使得整个线网以例如5到20m/s的相对较高的速度移动。如果期望，至少一个或多个入口，诸如一个或多个高流速喷嘴等可以向移动的金刚石线供给冷却剂。入口被配置来用于将水基冷却剂引导至金刚石线。具体而言，入口可以具有喷嘴开口，该喷嘴开口具有配置来仅用于水基介质的直径。喷嘴出口对于油基液体或者具研磨添加剂的任何液体通常都太小。
在切割动作期间，锭可以被推动通过线网。或者，锭可以固定而线网可以被推动通过锭。线进给卷轴提供所需要的新金刚石线并且线卷取卷轴储存用过的金刚石线。本文所述的实施例特别地用于锭的切方，即将锭成形为方形块体(其中“方形”块体通常具有圆角；方形块体有时被叫做“砖形体”，而它们在本文中也称为“锭”)。本文所述的实施例也用于锭的切片，即将方形块体切割为晶圆。在下文中，通过短语“切割锭”或“切割晶圆”来指示这些实施例。通常，在行进通过整个金刚石线锯装置之后，金刚石线以相对于在锯切过程之前的初始直径而减小的直径推出金刚石线锯装置的操作区域。金刚石线中的磨损是取决于过程的。具体而言，切割速率越高，金刚石线磨损越高。此外，线使用率(用于给定应用的金刚石线的长度)越高，磨损越低。由于一方面线磨损增加线断裂的可能性，并且另一方面线使用率增加制造晶圆的成本，因此本公开期望针对最低总体成本的最佳过程控制线的使用率。具体而言，期望通过对金刚石线缺陷的监控、避免对金刚石线并且从而避免对切割过程的不利影响。根据本发明的方面，金刚石线在锯切操作期间通过被施加交流电压信号而被检查。测量以及可能的随后的分析允许立即的反应。诸如修改操作参数的一个或多个等。具体而言，其允许停止金刚石线锯装置。图1示出了包括金刚石线缺陷检测系统I的金刚石线装置100。将视线缺陷检测系统可以包括电源单元15，其可以直接或间接导电地连接到金刚石线230。例如，如图1所示，缺陷检测系统I的电源单元15可以具有连接到线进给卷轴134的导电连线11，并且可以具有连接到线卷取卷轴138的导电连线12。在这种情况下，可以理解，线进给卷轴和线卷取卷轴具有导电表面。电源单元15适用于提供交流(AC)信号。此外，作为用于使卷轴134和138经由导电连线11和12联系电源单元15，图1图示了接触刷180和190。本文仅为了清楚的目的，在本文所示的其他附图中没有图示这些刷子，但应该理解，接触刷可以根据本文所述的全部实施例来设置。线锯100具有包括 四个线导引筒112、114、116、118的线导引装置。线导引筒112、114、116、118可以覆盖有合成树脂层，并且刻有具有非常精确的几何形状和尺寸的凹槽。每个线导引筒112、114、116、118可以连接到电动机或驱动器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。线的前后移动在附图中以附图标记215、255指示。在如图1所示的那些实施例中，线导引筒112、114、116、118可以由电动机122、124、126、128直接驱动。一个或多个电动机通常由线锯控制器来控制。在切割动作期间，可以将一个或多个锭302、304、306、308推动通过线网以对它们进行切片。这通过分别夹在302、304以及306、308之间的箭头指示。通常，一个或多个锭通常通过工作台(未示出)来支撑，其中工作台能够以本文叫做“工作台速度”的速度来移动。工作台速度也可称作进给速率。通常并且不限于本文所述的任何具体实施例，工作台速度可以与线速度同步。具体而言，一旦线停止，同时工作台速度也可以减小为零。或者，锭302、304、306、308可以是固定的，而线网被推动通过锭。根据实施例，一个或多个锭被切成多个晶圆，诸如至少500甚至更多。锭的典型长度具体地在多晶硅的情况下在高达250_的范围内，并且具体地在单晶硅的情况下在高达500mm的范围内。根据典型的实施例，线进给卷轴134设置有金刚石线230储藏器。如果仍然完整的话，线进给卷轴134通常保持几百千米的金刚石线。金刚石线230从线进给卷轴134进给到线导引筒112、114、116、118。可以设置线卷取卷轴138，其中在线卷取卷轴138上重现盘绕用过的金刚石线230。在图1所示的实施例中，线进给卷轴134和线卷取卷轴138的旋转轴线与线导引筒112、114、116、118的旋转轴线平行。因此，通常不需要偏转轮或类似的装置来将线进给到线导引器110。由于线上的零度角度，能够减小线断裂的风险。通常，可以设置用于线张力调节的诸如低惯性轮(未示出)和张紧臂(未示出)等其他装置，其中在张紧臂上具有光编码器。金刚石线230螺旋状地绕线导引筒112、114卷绕，并且在两个线导引筒之间形成平行线层。该层通常称作线网200。根据所述实施例，设置四个线网。使用至少一个线网、通常同时使用两个线网来进行锯切(如图1所示)。平行线部分的数目通常对应于切片过程的数目。例如，线可以以这样的方式卷绕，使得所产生的线网包括平行布置的线锯100个线部分。被推动通过该100条线的网的锭，被切成101片晶圆。驱动线的电动机通常是具有小栋梁的电动机，以在较短的时间周期内停止和加速。根据能够跟本文所述的其他实施例结合的一些实施例，设置了两个或多个卷轴以形成至少一个线网。例如，可以使用两个、三个甚至四个线网来设置线。通常，两个、三个甚至四个线进给卷轴连接到金刚石线缺陷检测系统。因此，两个、三个设置四个线卷取卷轴(卷取卷轴的数目对应于线进给卷轴的数目)通常分别连接到金刚石线缺陷检测系统。与单线系统相比，在每条金刚石线上的负载能够通过具有两个或多个线进给卷轴/线卷取卷轴并且因此两条或多条线而减小。换句话说，对于单条线网相比，负载由于晶圆表面相对于线表面积的增加而与双线网相比增加。增加的负载能够产生较低的切割速度。因此，使用两条或多条线能够提高切割速度，例如，使得可以提供12m2/h或更大的有效切割面积或切割面积率。根据本文所述的实施例，停止金刚石线锯装置的操作可以理解为停止金刚石线锯装置中的全部金刚石线的线移动，即在这种情况下没有断裂的金刚石线也被停止。
根据所述实施例，在线上提供交流电压信号。通常，线进给卷轴设置有第一电连接和/或线卷取卷轴设置有第二电连接。即，在线进给卷轴处的位置与线卷取卷轴处的位置之间形成电势。结果，由第一和第二电连接之间的电阻限定的电流在第一和第二电连接之间流动。图2应该图示根据本文所述的实施例的金刚石线锯装置的等效电路图。电源单元15分别经由导电连线11和12向线进给卷轴134和线卷取卷轴138提供交流电压。线进给卷轴134经由金刚石线230电连接到线卷取卷轴。金刚石线230具有电阻，在图2中该电阻通过电阻290和295示意性地图示。金刚石线的典型电路在0.5 Ω/m到ΙΟΩ/m之间、特别是在2 Ω /m到4 Ω /m之间的范围内。此外，金刚石线以冷却剂的方式在金刚石锯切装置的操作期间被冷却。这可能构成到地面280的接触。该接触具有随时间变化的电阻281。例如，导电冷却剂有时可以提供到金刚石线锯装置的不间断的连接，这导致通过线的电流增加。在其他时间，当只存在冷却剂与隔离的锭之间的接触时，通过金刚石线的电流主要由金刚石线自身的电阻290和295限定。图3应该图示其中打开开关350被图示在金刚石线中的实施例。换句话说，金刚石线不提供在电源单元15的两极之间的持续连接。这对应于线断裂，其中通过金刚石线的电流停止。根据实施例，金刚石线锯装置的操作立即停止。根据下面更详细讨论的其他实施例，在金刚石线锯装置的操作可能停止之前，所施加的电压对于可选择的时间间隔增加。图4应该图示其中与图2的示图相比省略了电阻281的实施例。所示等效电路示了这样的情形，其中线与地面之间的接触是无电阻的，导致经由金刚石线和冷却剂的、电源单元15与地面280之间的高电流或短路电流(取决于电阻290和295)。根据该情形，冷却剂提供到金刚石线锯装置的一个或多个导电部分的持续接触，从而建立接触线。通常，这样的情形仅发生(如果完全)很短的时间(诸如小于Is等)。图5应该图示这样的实施例，其中与图2的示图相比省略了电阻281，并且此外与图3的等效电路图一样示出了打开开关350。图5所示的等效电路示了这样的情形，其中线与地面之间的接触是无电阻的，并且同时线具有与打开开关350对应的断裂位置。当线以其接触金刚石线锯装置的一个或多个导电和接地部分的方式断裂时，可能发生这样的情形。这样的情形将导致经由金刚石线230的电源单元15与接地280之间的很高的电流或短路电路。显然，与图3和图5·对应的情形构成金刚石线锯装置的故障。如果任何这样的情形出现，则切割应该停止，以避免对金刚石线锯装置的进一步伤害。图6图示了本文所述的金刚石线锯装置的实施例，其中，除了图1所示的元件以夕卜，还图示了用于测量金刚石线上的电参数的信号测量单元600。例如，信号测量单元600可以是电压计和/或电流计。其适用于测量金刚石线230的端部之间的电信号。其可以经由到卷轴(即，线进给卷轴和/或线卷取卷轴)的直接连线与金刚石线230接触，或者可以经由导电连线11和/或导电连线12与金刚石线接触。图7图示了其中除了图6所示的元件以外还示出了控制单元700的实施例。控制单元700可以具有到电源单元15和/或信号测量单元600的数据连接。控制单元可以是数字设备，例如计算机，该计算机包括诸如鼠标和/或键盘等输入单元、诸如屏幕等显示单元、诸如CPU(中央处理器)等计算单元以及诸如非易失性存储器(例如硬盘)和/或易失性存储器(诸如RAM(随机存储器)等)等存储单元。控制单元可以通过例如触摸屏或屏幕结合键盘和/或鼠标的方式由操作者编程。或者，控制单元700可以是通常预编程的模拟设备。如所述，金刚石线缺陷检测设备还可以设置有用于分析所测量信号的分析模块。分析模块可以是信号测量单元600的一部分并且嵌入在其中。或者，分析模块可以是控制单元700的一部分并且嵌入在其中。或者，分析模块可以是与控制单元(700)和测量单元(600)中的至少一者在运行上连接的单独单元(未示出)。控制单元700可以经由连接数据线701向电源单元15提供关于将要产生的电压的信息。通常，并且不限于任何实施例，控制单元700可以负责电压的供应，S卩，电源单元15可以集成在控制单元700中。信号测量单元600的所测量的信号经由连接数据线702通信到控制单元700。通常，并且不限于在附图中当前所讨论的，控制单元、电源单元和/或信号测量单元可以是分开的设备。或者，它们可以集成在一个设备中。控制单元、电源单元和/或信号测量单元之间的通信经由点对点(peer-to-peer)建立。或者，其可以经由有线或无线网络建立。控制单元700适用于在线锯的操作期间分析信号测量单元600的所测量的信号。如果线呈现被定义为非正常的任何物理条件，则控制单元检测该改变并且触发反应。在实施例中，控制单元在异常条件的情况下使金刚石线锯装置的操作停止，以防止由在线缺陷的情况下进一步操作导致的不期望的后果。另外，控制单元额外地发出警报信号(signal an alarm)也是可以的。警报信号通常例如通过蜂鸣器、喇机或扬声器以声音的形式发出，并且也可以通过发光装置以光学形式发出。控制单元也可以经由计算机网络等将信号发送到操作者屏幕或外部设备。通常，异常条件限定在所测量信号在可选择的阈值以下。例如，所述测量信号可以是线上的测量电压。或者，流动通过线的电流可以被测量。可选择的阈值可以例如在0.1V到5V的范围内，更具体地在0.1V到IV的范围内。通常，可选择的阈值可以在施加电压的5%到80%的范围内，更具体地在30%到50%的范围内。或者，为了金刚石线锯装置的立即停止(该立即停止通常作为对测量电压和/或电流下降的反应而被激活)，所施加的电压可以对于可选择的时间间隔增加。即，根据实施例，金刚石线锯装置的金刚石线缺陷检测系统可以包括电压增加模块，该电压增加模块适用于响应于减小的测量信号而增加所施加的交流电压。因此，短语“增加电压”应该理解为增加所施加的电压的绝对值。通常所施加的频率保持不变。通过增加电压，对于线没有断裂的情况下，可以期望信号立即再次可测量。例如，信号可以由于例如冷却剂提供了与金刚石线锯装置的导电部分的连续接触而具有空白。如果所测量信号再次回到正常，例如，如果其再次高于可选择的阈值，那么金刚石线锯装置的操作可以继续。具体而言，增加的电压可以再次减小到其在该增加之前的值。如果尽管增加了所施加的电压，信号仍然异常(例如，低于可选择的阈值)，那么停止金刚石线锯装置的操作。其中在考虑停止金刚石线锯装置之前增加所施加的电压的时间间隔(所谓的“超时时间”)可以可选的 在Ims到Is之间，通常在Ims到200ms之间。时间间隔的长度必须在由于不正确的断裂诊断而导致的金刚石线锯装置停止的成本与具有断裂的线的线锯装置继续操作的成本之间平衡。即，本公开提供了改进的缺陷检测诊断。改进的诊断包括分析所测量的信号，并且在所述测量的信号指示异常条件的情况下增加所施加的信号。根据典型的实施例。所施加和/或所测量的信号是电压。通常，当所测量的信号在可选择的阈值之下时诊断为异常条件。在这样的情况下，如之前所描述的，金刚石线缺陷检测系统被配置为等待可选择的时间间隔。如果所测量的信号响应于所施加的信号(诸如所施加的电压等)的增加而没有高于阈值，则停止金刚石线锯装置的操作。图8图示了根据本文所述的实施例、在金刚石线锯装置的操作期间金刚石线的受控电压。其中横轴表不时间t，纵轴表不在金刚石线上产生的电压V。在金刚石线上的电压控制使得电压在800和810两个值之间振荡。通常并且不限于图8所示的实施例，在完整周期P的时间周期上的电压的平均值是零，或基本为零。换句话说，受控电压通常在恒定第一电压值和恒定第二电压值之间振荡。第二电压值和第一电压值通常具有相同的电压绝对值但通常具有相反的符号。周期P对应于频率的倒数。例如，如果所施加的信号的频率是40Hz，则周期P是1/40秒。因此，根据本公开的典型实施例，受控电压的平均值是零。
图9图示了根据本文所述的实施例的金刚石线的电压信号。其中横轴表示时间t，纵轴表示金刚石线上的电压V。如之前根据图8中所示的实施例所描述的，金刚石线的电压在800和810两个值之间振荡。这是金刚石线锯装置的标准操作，其中电压值810通常是电压800的负值。然而，在时间t0处，测量异常条件。例如，监测到了所测量电压和/或所测量电流的实质降低。根据本文所述的实施例，立即金刚石线锯装置。然而，根据本文所述以及图9所示例性地图示的替换实施例，立即增加所施加的电压。例如，鉴于在正常操作下，所产生电压的绝对值是VI，当检测到异常条件时，将受控电压的绝对值增加到V2。在时间t0处，电压增加到V2，指示为图9的示图中的线900。通常电压的频率保持不变，但也可以修改。此外，受控电压的形状(诸如图9中所示的方波形状等)也可以保持不变。通常，所施加的电压的绝对值的增加被限定到可选择的时间间隔。例如，金刚石线锯装置的操作者可以选择时间间隔的长度。如果尽管增加了所施加的交流信号，但仍然没有可测量的响应，则可以解释为异常条件并且停止金刚石线锯装置。然而，如果所测量的响应返回到正常状态，例如再次高于可选择的阈值，则金刚石线锯装置的操作可以继续。在这种情况下，受控电压的绝对值可以立即设置到在正常操作(例如，图9中的电压800)下的电压值，或者东南亚的绝对值可以在多个周期(诸如5到10个周期)上减小。S卩，电压的绝对值可以在电压的增加之后在多个周期上稳定地减小，直到到达在正常操作下的电压。图10示出了与图9所示的实施例类似的实施例。与图9相反，在时间t处的电压的增加更大。通常，并且不限于图10的实施例，在异常情况下的电压增加可以高达正常操作条件下的受控电压的300%或者高达250%。此外，线的测量电压通过虚线950示出。如图所示，所测量电压在时间t0之前高于阈值V3。然后，发生线的断裂，导致测量电压950的下降。即使在增加线上的所施加的电压之后，测量电压仍然消失。因此，该情形必须被控制单元解释为线断裂。S卩，在预先选择的时间间隔(“超时时间”)之后，金刚石线锯装置将自动停止操作并且可以自动地激发警报等。当前公开的金刚石线锯装置以及其操作方法与对线施加DC的本领域已知技术相t匕，本质上减少了金刚石·线的损坏的发生。结果，可以减少由于线断裂而引起的机器停止的次数。因此线的总生产量可以大量增加。可以减少电镀在金刚石线上的镍的量。通过施加方波电压，还简化诊断和监控。通过在测量到异常信号的情况下采用所施加电压的可选增力口，能够进一步减少错误诊断的次数从而减少不必要的机器停止。通过采用该方法，错误警报的次数倾向于零。虽然前述内容指向本发明的实施例，当本发明的其他和另外的实施例可以在不脱离其基本范围的情况下修改，并且其范围由随后的权利要求确定。
权利要求
1.一种金刚石线锯装置(100)，其用于通过金刚石线(230)来切割锭(302、304、306、308)，其中金刚石线锯适用于相对于所述锭移动所述金刚石线，所述金刚石线锯装置包括 金刚石线缺陷检测系统(I)，其配置成向所述金刚石线(230)施加交流信号。
2.根据权利要求I所述的金刚石线锯装置，其中所述交流信号是方波信号(800、810、900,910)。
3.根据权利要求I或2所述的金刚石线锯装置，还包括信号测量单元￠00)，其用于测量在所述金刚石线上的电参数。
4.根据权利要求3所述的金刚石线锯装置，还包括与所述信号测量单元(600)可操作连接的分析模块，其中所述分析模块适用于分析所测量的信号。
5.根据权利要求I或2所述的金刚石线锯装置，还包括电压升高模块，其适用于响应于指示异常条件的测量信号来增加所施加的交流电压的绝对值。
6.根据权利要求I或2所述的金刚石线锯装置，其中所述交流信号具有在IHz到IOOHz之间的频率。
7.根据权利要求I或2所述的金刚石线锯装置，还包括入口，其用于在所述金刚石线锯装置的操作期间将所述水基冷却剂导向所述金刚石线。
8.根据权利要求I或2所述的金刚石线锯装置，其中所述金刚石线的电阻在从O.5Ω/m至Ij 10 Ω /m的范围内。
9.一种用于操作金刚石线锯装置的方法，所述金刚石线锯装置用于切割锭，所述金刚石线锯装置包括金刚石线，所述方法包括 a)向所述金刚石线施加交流信号；以及 b)测量所述金刚石线的相应信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述交流信号是交流电压。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述交流电压在第一电压值和第二电压值之间振荡。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一电压值在高达IOV的范围内，并且所述第二电压值具有在高达-IOV的范围内的负值。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括以2μ m/s到15 μ m/s范围内的进给速率向金刚石线锯进给所述金刚石线的步骤。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所施加的交流信号是方波交流信号。
15.根据权利要求9所述的方法，还包括在所述金刚石线锯装置的操作期间将水基冷却剂导向所述金刚石线的步骤。
16.根据权利要求9所述的方法，其中向所述金刚石线施加交流信号的步骤包括以所述信号的基本恒定绝对值控制所述金刚石线上的信号的步骤。
17.根据权利要求9、14、15和16所述的方法，还包括以下步骤 a)分析所测量的信号； b)在指示异常条件的测量信号下，增加所施加的信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中如果所述测量信号低于可选择的阈值时，增加所施加的信号。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括以下步骤 a)等待可选择的时间间隔；以及 b)如果所述测量信号没有响应于所施加的信号的增加而高于所述阈值，则停止所述金刚石线锯装置的操作。
20.一种用于使用金刚石线缺陷检测系统来翻新改进金刚石线锯装置的方法，其中所述金刚石线锯装置包括金刚石线，所述方法包括以下步骤 a)提供被配置成向所述金刚石线施加交流信号的所述金刚石线缺陷检测系统；以及 b)使所述金刚石线缺陷检测系统与所述金刚石线导电地接触。
全文摘要
本发明涉及金刚石线锯装置和方法，提供了一种金刚石线锯装置(100)，其用于切割锭(302、304、306、308)。该金刚石线锯装置包括适用于相对于所述锭移动的金刚石线(230)，以及金刚石线缺陷检测系统(1)，其被配置成向所述金刚石线(230)施加交流信号。此外，提供了用于操作金刚石线锯装置来切割锭的方法。
文档编号B28D5/04GK103252846SQ20121043954
公开日2013年8月21日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年2月15日
发明者纳吉布·艾尔·哈达欧 申请人:应用材料瑞士有限责任公司