CN110430958B - 线锯、导线辊与用于从料锭同时切割多个晶片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于借助结构化锯线(2)从料锭同时切割多个晶片的方法，其中，所述结构化锯线(2)被导向通过两个导线辊(14)的凹槽(9、10)，并且结构化线(2)支承于的每个凹槽(9、10)的底部具有弯曲的凹槽底部(16)，凹槽底部具有针对每个凹槽(9、10)与在相应的凹槽(9、10)中所具有的结构化线(2)的结构化线(2)包络体半径相等或最大为结构化线包络体半径的1.5倍的曲率半径。本发明还涉及导线辊(14)和线锯。

Description

线锯、导线辊与用于从料锭同时切割多个晶片的方法
本发明涉及用于借助结构化线和具有凹槽的导线辊从料锭同时切割多个晶片的方法。本发明还涉及线锯和导线辊。
用于将料锭同时磨切成多个晶片的装置包括线、多个导线辊和用于移动料锭的装置。各导线辊分别具有直圆柱体形状并分别具有轴线和侧向柱表面，导线辊关于轴线可旋转地安装，侧向柱表面设置有多个分别闭合的连续凹槽，凹槽位于与轴线垂直的平面内，彼此相距一定距离。线在凹槽中成螺旋盘绕导线辊导向，以使得由相互平行且在单个平面中延伸的线段组成的网张跨在两个导线辊之间。
用于在所述装置中将料锭同时磨切成多个晶片的方法包括：使各导线辊关于各导线辊的轴线共同旋转，并借助所述装置进给料锭从而使料锭垂直地朝着线网且穿过线网移动，同时以载液供应有研磨作用的硬质材料浆料。在这种情况中，各导线辊关于导线辊轴线的旋转促使网中的线段相对于料锭移动。通过垂直于网进给料锭，线段与料锭发生接触，并且在料锭被连续地进给的情况下，线段对料锭施加力。硬质材料、力和相对移动导致料锭的材料侵蚀，从而线段缓慢地作业通过料锭。在这种情况中，线段在料锭中产生相互平行延伸的切口，从而在完全切穿料锭之后提供相同形状的多个晶片。
对于许多应用，需要相同形状的多个晶片，伴随地要求晶片的厚度和平面度遍及晶片的整个表面具有高度一致性，例如，作为用于光伏、电子、微电子或微机电部件制造或光学基片(“光学平面”)制造的衬底、此外还须特别经济且以较大批量数目制造的来自于单晶半导体材料料锭的晶片。对此，用线磨切是尤其重要的。
例如GB 717874A中具体说明了用于用线磨切的装置及方法。
线在用线磨切期间从放线(原料，新线)卷轴沿着线的纵向方向移动到收线(接收，旧线)卷轴上。仅沿一个方向移动的实施例和移动方向连续换向移动的实施例是已知的。移动可以以可变的速度实现。仅沿一个方向线移动的用线磨切称为“单向锯切”，而连续换向的用线磨切称为“往复移动”方法式锯切或“间歇步”模式锯切。
线在用线磨切期间经历磨损。在这种情况中，线在通过线网从新线供应侧(新线卷轴)递送到旧线卸料侧(旧线卷轴)时直径减小。由于磨损导致线直径减小，因此在导线辊上各导线凹槽间距相同的情况下，通过切割料锭获得的晶片的厚度从新线侧向旧线侧增加。
为抵消此，根据DE 102 37 247A1，有意使导线辊上两个凹槽之间的间距从线进入侧向线离开侧减小。由于凹槽间距减小，因此即使锯线变细，仍可从工件切出均匀厚度的晶片。
线锯的一个基本元件是导线辊。导线辊是由钢或复合塑料制成的辊形本体，该本体的功能表面通常形成直圆柱面形状。功能表面通常包括坚硬的耐磨塑料涂层，通常为聚氨酯涂层、尤其是热固性聚氨酯涂层。聚氨酯层设置有接收并导向线的凹槽。
凹槽包括凹槽底部和凹槽侧面。线支承在凹槽底部上，并且凹槽侧面在线进入时“捕获”线并使线定中在凹槽中，以便线不会跳到相邻的一个凹槽中。现有技术中，例如从JP2006102971A，已知具有V形凹槽的导线辊。
此外，已知具有弯曲凹槽底部的导线辊。DE 102007019566A1公开了供用于从柱形工件同时切割多个晶片的线锯中使用的导线辊，所述导线辊设置有涂层，涂层具有至少2mm且至多7.5mm的厚度，并且涂层包括具有至少60且至多99肖氏A硬度的材料，此外涂层还包含多个凹槽，锯线被导向通过所述多个凹槽，各凹槽分别具有弯曲的、曲率半径给定为锯线直径D的0.25-1.6倍的凹槽底部，并且各凹槽分别具有60-130°的孔径角。本发明因而描述了凹槽底部既可窄于锯线亦可等于或宽于锯线的凹槽。特殊的凹槽形状确保了线的最佳导向，这改进了切割质量。由于涂层的硬度和厚度，导线辊的磨损被最小化。
从现有技术获知的导线辊涉及直线或光面/平滑线(plain wire)的使用。“直线或平滑线”指的是具有非常大高度的钢的、金属的或塑料的广义柱体的体积。将该柱体的高度称为“线纵向方向”，且该柱体的基表面称为“线横截面”。具有圆形横截面被称为“圆平滑线”的平滑线、尤其是由钢构成的这些平滑线(“钢琴线”)是重要的。
然而，除平滑线之外，还可设想结构化线的使用。
“结构化线”旨在表示沿着线纵向轴线设置有线横截面的沿着与线纵向轴线垂直方向的多个凹进和突起或设置有线横截面区域的尺寸和形状的多个变化部的平滑线。
由平滑圆钢线制成、伴随地横截面沿着线的整个长度周期性地垂直于线纵向方向以相等的量移位而线的横截面区域的形状和尺寸没有变化的结构化线是特别重要的。常将这些移位部称为“卷曲部”，移位的大小称为卷曲部的“幅度”，且两个移位部之间沿纵向方向的长度称为“波长”。结构化线所基于的平滑线也称为结构化线的“芯线”。
WO 2006/067062A1给出了结构化线的示例，所述结构化线在与线纵向方向垂直的两个平面中分别设置有一定幅度和波长的卷曲部。
卷曲部之间的中间空间充当“袋”或“贮器”，在线沿着线纵向方向移动期间，线可在所述“袋”或“贮器”中携带与可比较直径的平滑线所可能的相比更多的浆料，伴随地所述浆料不会被擦掉。结构化线因此甚至在线与料锭的大的接合长度上与平滑线相比具有对所施加的研磨浆料的更好的输运。
出于该原因，结构化线的使用原则上将是期望的。
然而，本发明人发现，现有技术中已知的导线辊和凹槽形状对于用于借助结构化线磨切料锭的方法并不适合。
一方面，常观察到由于线弯折或过载而发生线断裂。线断裂是不期望的，因为线断裂使切割过程中断，并且需要花费大的支出才可修复线断裂并继续被中断的切割过程，且之后获得的晶片具有不期望的波纹或不均匀的厚度。此外，移除残留在断裂线网中的线段是可行的，只是从导向凹槽移除有困难。
在其它情况中，结构化线在常规导线辊上的使用导致晶片具有波形的前侧面和后侧面。这样的晶片具有遍及晶片表面变化的厚度和平面度，不适合作为用于电子部件的衬底。在利用结构化线磨切期间还观察到根据现有技术形成在导线辊的聚氨酯涂层中的凹槽的特别高(强度)且迅速的磨损(凹槽深深地切入或不规则地变宽)，这些迅速导致晶片具有非常差的平面度和厚度。这由于频繁需要更换和处理导线辊(回磨并重新开槽)并且由于平面度和厚度在严格要求之外的晶片被拒收，造成高的成本。
本发明的目的在于，提供一种用于通过使用结构化线、具有凹槽的导线辊和浆料将料锭同时用线磨切成多个晶片的方法，其中，结构化线不会断裂，凹槽具有低的磨损，并且获得的晶片的厚度具有良好的平面度和均匀性。
所述目的借助用于通过如下而从料锭同时切割多个晶片的方法被实现：使料锭移动穿过结构化锯线的经由两个共同旋转的导线辊张跨的线网，同时向线网施加浆料，其中，线的结构化包括平滑芯线的与芯线纵向方向垂直的多个凹进和突起，其中，结构化锯线被导向通过两个导线辊的凹槽，并且其中，结构化线支承于的每个凹槽的底部以这样的曲率半径弯曲，所述曲率半径针对每个凹槽与在相应的凹槽中所具有的结构化线的包络体半径相等或最大为结构化线包络体半径的1.5倍。
本发明还涉及供用于从料锭同时切割多个晶片的线锯中使用的导线辊，所述导线辊包括多个凹槽，结构化锯线被导向通过所述多个凹槽，每个凹槽分别具有弯曲的、曲率半径给定为在相应凹槽中的结构化锯线的包络体半径的1–1.5倍的凹槽底部。
所述目的还通过用于从料锭同时切割多个晶片的线锯被实现，所述线锯包含两个根据本发明的导线辊，其中，结构化线在与结构化线包络体的底表面垂直作用的张力下在凹槽中绕两个导线辊成螺旋形导向，以使得由相互平行延伸的线段组成的平面线网在两个导线辊之间形成，此外所述线锯还包括用于使料锭垂直地朝着线网平面且穿过线网移动的进给装置。
在一个实施例中，线的结构化包括平滑线(以下称为“芯线”)的与平滑线纵向方向垂直的多个凹进和突起。
针对结构化线，“包络体”限定为完全包含整个结构化线的最小直径的直圆柱体。将该直圆柱体的基表面称为“有效横截面”，柱体的基表面的直径称为结构化线的“有效直径”，且柱体的包络体的纵向轴线称为结构化线的“纵向轴线”。
优选地，芯线的直径为从130μm至175μm。
优选地，结构化线的包络体的直径是芯线直径的从1.02至1.25倍。
通过凹槽底部的曲率半径被限定在本发明的范围中的限定的可变凹槽宽度是本发明的基本特征。
如果凹槽窄于线的相应的有效直径，则线在凹槽中可变得相当隐埋，并且在导线辊旋转期间，线可不规则地(突然地、持续地)进入凹槽并再次从凹槽出现。这导致观察到的线断裂。此外，移除残留在线网中的线段会有困难。在平滑线的情况中，平滑线可类似地发生断裂，残留线匝的移除——从断裂位置开始——在另一方面由于线弯折张力导致线匝与凹槽分离而容易地且通常自动地被实现。
如果凹槽宽于线的相应的有效直径，则这导致晶片具有不良的几何形状。由于线的结构化，线在过宽的凹槽中来回滚动，这导致不良的线导向，对应地伴随翘曲的切割平面。
结构化线以根本上不同于平滑线的方式起作用的发现对于本发明的成功是至关重要的。
平滑线经受均匀的、由于材料侵蚀(磨损)的厚度减小。
另一方面，结构化线经受不均匀的、取决于线形状和使用程度的磨损。
结构化线的有效直径初始迅速减小，然后随着磨损程度增大更加缓慢地减小。线在结构化线所基于的芯线的整个表面各处各向同性且均质地磨损。此外，在卷曲部的暴露的“末端”(线在彼处变成卵形的)区域中发现各向异性磨损。
为了特别良好的切割结果，对于每个凹槽的凹槽形状必须配置成使得：所需条件对于每匝，即对于由彼处的线张力和彼处的磨损程度所决定的彼处的每个有效直径，都被满足。
结构化线特征在于结构化线的有效直径。一方面，有效直径由线张力确定。结构化线表现得像盘簧一样：类似地随着沿弹簧轴线方向的拉应力增大，盘簧直径减小，且随着张力减小，盘簧直径增大。
此外，结构化线的有效直径由——瞬时的——磨损状态决定。
磨损程度取决于：线与料锭的已行进的累积接合长度，每料锭切割体积所使用的锯线长度，以及线的诸如硬度(碳含量)、强度(由线制造的具体细节例如在最后拉线步骤中冷加工硬化的程度带来的)之类的性质等。
本发明涉及用于借助结构化线从料锭同时切割多个晶片的方法。线锯以本身已知的方式包括导线辊和进给装置，导线辊具有轴线和凹槽。此外还以液体载体供应有研磨作用的硬质材料浆料。
优选地，浆料包含硬质材料，硬质材料选自包括如下的组：碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、碳化硼(B4C)、氮化硼(BN)和金刚石。
尤其，乙二醇或油适合作为载液。
优选地，结构化线在与结构化线包络体的底表面垂直作用的张力下在凹槽中绕导线辊成螺旋形导向，以使得由相互平行延伸的线段组成的平面网在两个导线辊之间形成。
在本发明的范围中，术语“晶片”指的是柱体高度比柱体基表面直径小的广义柱体。也将晶片的柱体基表面称为“后侧面”，且柱体顶表面称为晶片的“前侧面”。“广义柱体”指的是由任意平面曲线在移位通过固定距离(高度)时所扫过的体积，所述任意平面曲线形成柱体的基表面。在这种情况中，广义柱体的顶表面指的是基表面经移位通过所述高度而转换成的表面。
一个实施例涉及呈具有多边形或圆形基表面的柱体形式的料锭，尤其是具有方形、八边形或圆形基表面的料锭。也将具有多边形基表面的柱体称为“棱柱”。
在另一实施例中，料锭由单晶或多晶半导体材料制成。
半导体的示例为包括硅、锗或碳化硅的元素半导体，或者包括砷化镓及周期表的Ⅲ族及Ⅴ族的其它元素的复合半导体。棱柱形料锭的示例为通过磨切被制成用于光伏电池制造的晶片的单晶或多晶硅料锭。
一个实施例涉及单晶硅料锭，所谓的“晶片”借助磨切由单晶硅料锭制成，作为用于电子、微电子或微机电元件的结构化的衬底。对这样的衬底在衬底前侧面和后侧面的平面平行度上提出了特别严格的要求。
借助用线磨切制成用于电子部件的衬底的单晶半导体材料的晶片通常需要具有特定的晶体取向。常常从较大的且不规则成形的未加工晶体通过材料在用线磨切前的受控去除处理形成直圆柱形料锭，所述直圆柱形料锭的轴线对应于晶片期望的晶体取向。料锭轴线因此优选地与导线辊的轴线平行对准。
替代地，也可从未加工的晶体形成具有期望晶体取向而非对于磨切后获得的晶片的晶体取向的直圆柱形料锭，且然后使料锭轴线与导线辊轴线成一定角度取向，以使得切割后获得的晶片届时具有期望的取向。根据另一实施例，因此，料锭轴线在用线磨切期间相对于导线辊轴线具有一定角度。
在一个实施例中，线的结构化包括芯线的多个凹进和突起，而不变化芯线的横截面区域的形状或尺寸。
在一个实施例中，结构化线遍及线纵向方向平均地具有在与纵向方向垂直的所有(任意)平面内延伸的凹进和突起。
一个实施例涉及带有扭转的结构化线。“扭转”指的是线关于线的纵向方向捻拧。
在这种情况中，在一个实施例中，平均遍及线纵向方向指向在与纵向方向垂直的所有(任意)平面中的凹进和突起借助芯线在与纵向方向垂直的平面中的结构化和随后结构化线关于结构化线的纵向轴线的扭转(捻拧)被形成，使得以这种方式得到的捻拧的结构化线具有螺旋(柱体螺旋、线圈)形状。
在一个实施例中，平均遍及线纵向方向在与纵向方向垂直的所有(任意)平面中的结构化形成有在与线纵向方向垂直的第一平面中结构化的第一幅度和第一波长，且形成有在与线纵向方向垂直且与第一平面垂直的第二平面中结构化的第二幅度和第二波长，并且随后使因此结构化的线关于线的纵向轴线扭转。
在一个实施例中，凹槽的曲率半径并不随着凹槽在线网中的位置从新线进入侧向旧线离开侧严格单调递减。这考虑了结构化线的不均匀磨损。
通过使导线辊关于导线辊的轴线共同旋转并向线网上供应浆料，借助进给装置使料锭垂直地朝着线网平面移动，并使料锭与网的线段发生接触同时供应浆料并旋转导线辊，在连续供应浆料并旋转导线辊的情况下，通过使料锭垂直地朝着线网平面并穿过线网平面移动更远，料锭被完全切穿。
在一个实施例中，线的移动包括配对换向的连续进行，其中配对换向分别包括线在沿着线纵向方向的第一方向上经过第一长度的第一移动和随后线在与第一方向正相反的第二方向上经过第二长度的移动，并且其中，第一长度被选定为大于第二长度。下文中将这称为往复方法或“间歇步”模式。
由于线移动的交替方向大体对称，因此在用线磨切期间通过往复方法形成楔化显著减少的晶片。然而，通过往复移动的用线磨切的主要优点在于，由于线移动方向连续换转，因此促成材料侵蚀的硬质材料浆料仅需要输运至料锭中部。因此还可以切割线与料锭具有非常大最大接合长度的料锭，例如具有300mm或450mm直径的单晶半导体材料料锭。
在一个实施例中，线在沿着第一方向经过第一长度的移动期间以沿着线纵向方向的第一拉力从线盘(wire stock)被进给到线网，并且在沿着第二方向经过第二长度的移动期间以沿着线纵向方向的第二拉力从线盘被进给到线网。
在一个实施例中，第二拉力与第一拉力之比被选定为等于在沿着第一方向的第一移动期间离开线网的线段中的最小芯线横截面积与在沿着第一方向的第一移动期间从线盘被进给到线网的线段中的最大芯线横截面积的比。
在一个实施例中，第二拉力与第一拉力之比被选定为等于在沿着第一方向的第一移动期间离开线网的线段的包络体横截面积与在沿着第一方向的第一移动期间从线盘被进给到线网的线段的包络体横截面积的比。
导线辊的制造或导线辊的开槽借助磨具或车刀以本身已知的方式被实现，磨具或车刀比待制作的凹槽更细小并根据所要求的相应凹槽轮廓移动。
所需的凹槽宽度(凹槽底部的曲率半径)随着线张力、线材料选择(强度)的变化而变化，且尤其随着每料锭切割体积使用的线长的变化而变化。
从现有技术已经获知，缩小凹槽间距，以便抵消由磨损导致的随网位置增大的线直径减小。在根据本发明的导线辊的制造期间，对于每个独立网位置的凹槽宽度还选定为使得所述凹槽宽度与所使用的结构化线的考虑线长和线张力的有效直径匹配，即对于每个凹槽，凹槽底部的曲率半径对应于在凹槽中的结构化锯线的有效直径的1-1.5倍。
附图说明
图1示出圆平滑线(1A)、结构化线(1B)、拉力影响下的结构化线(1C)、带有扭转的结构化线(1D)和带有拉力和扭转的结构化线(1E)。
图2示出对照相应测量线段在网中位置的于线网中测得的拉力的测量曲线。
图3示出对照线网中测量位置的结构化线有效直径的测量曲线。
图4示出对照拉力的结构化线有效直径的测量曲线。
图5示出在两个网位置处的导线辊细节。
所使用的附图标记列表
1 平滑线；
2 结构化线；
3 平滑线的纵向轴线；
4 结构化线的包络体的纵向轴线；
5 对照网位置的拉力的测量曲线；
6 网位置GP1处的凹槽深度；
7 网位置GP2处的凹槽深度；
8 对照拉力的包络体直径的测量曲线；
9 网位置GP1处的凹槽；
10 网位置GP2处的凹槽；
11 网位置GP1处的凹槽孔径角；
12 网位置GP2处的凹槽孔径角；
13 线表面至料锭的平面/最近点；
14 导线辊；
15 凹槽侧面；
16 凹槽底部；
17 对照网位置的包络体直径；
18 针对旧(磨损)结构化线的回归线
19 针对新结构化线的回归线
20 对照网位置的拉力曲线分布的极小值
21 导线辊的轴线
22 导线辊的侧向柱表面
A0 不带有拉力的结构的幅度；
AF 带有拉力F的结构的幅度；
D 平滑线的直径；
E 包络体的直径；
E0 不带有拉力的包络体的直径；
EF 带有拉力的包络体的直径；
EF1 带有拉力F1的包络体的直径；
EF2 带有拉力F2的包络体的直径；
F 力；
GP 网位置；
GP1 网位置1；
GP2 网位置2；
L0 不带有拉力的结构的波长
LF 带有拉力F的结构的波长
x 与纵向方向和y轴垂直的方向
y 与纵向方向和x轴垂直的方向
z 纵向方向的方向
在一个实施例中，每个凹槽距导线辊14的轴线21的最小距离选定为使得在每个凹槽中包络体距导线辊14的轴线21具有最大距离的所有点与导线辊14的轴线21相距同一距离。
与根据本发明的方法的上述实施例相关而指出的特征可对应地应用于根据本发明的装置。反过来，与根据本发明的装置的上述实施例相关而指出的特征可相应地应用于根据本发明的方法。将在对附图的描述中和在权利要求中阐明根据本发明的实施例的这些特征及其它特征。各单独的特征可分开或组合地作为本发明的实施例被实施。此外，各单独的特征可描述可独立受保护的有利的实施例。
由于结构化线的卷曲部所形成的“袋”或“贮器”，结构化线甚至在线与料锭的大的接合长度上与平滑线相比具有对所施加的研磨浆料的更好的输运，侧向料锭表面上的大部分浆料在进入切割切口时从平滑线被擦落。利用结构化线的用线磨切因此尤其适于切割具有大直径的料锭，例如具有300mm或450mm直径的单晶硅料锭。结构化线还允许更高的切割速度，且因此允许用于将料锭完全切割成晶片的、缩短的时长。这是特别经济且因此有利的。最后，浆料的改善的输运带来改进的切割质量，伴随地晶片具有更光滑的表面与特别平面的形状。
图1(A)示出了具有直径D和中轴线3的圆平滑线1，线纵向方向沿着中轴线延伸。坐标系指示了相应的视角方向：z标示线纵向方向，并且x和y标示两个线横向方向。
图1(B)示出了基于具有直径D的平滑线1(芯线)的结构化线2，所述结构化线在不带有沿线纵向方向的拉力下具有幅度A0与波长L0的结构化。包络体的直径E0由芯线直径D和幅度A0给出：E0＝A0+D。在所示的示例中，结构化包括平滑线1的多个横截面沿横向方向y的移位。包络体E0的轴线指的是结构化线2的纵向轴线4。一边为从y/z平面上看(左边)，且另一边为从x/y平面上看(右边)。
图1(C)示出了在沿纵向方向4的拉力F影响下结构化具有减小的幅度AF和增大的长度LF的图1(B)的结构化线2。受到拉力F的包络体EF由EF＝AF+D给出。从y/z平面上(左边)和从x/y平面(右边)上看。
图1(D)示出了在结构化线关于z轴(结构化线2的纵向方向)额外扭转(捻拧)后的不带有拉力的图1(B)的结构化线2。
图1(E)示出了在结构化线2关于z轴(结构化线2的纵向方向)额外扭转(捻拧)后的带有拉力F的图1(C)的结构化线2。与图1(D)(无拉力)相比，受到拉力F的包络体EF的直径相对于不带有拉力的包络体E0更小。
图2示出了对照分别测量的线段在网中的位置GP(以毫米mm为单位)的于线网中测得的拉力F(以牛顿N为单位)的测量曲线5，新线供应侧位于0mm处并且线网的旧线卸料侧位于400mm处。标记了在图5中提及的、待议的网位置GP1和GP2。
力曲线5并未如预期的那样仅因为线磨损就从新线供应侧向旧线卸料侧单调递减延伸，而是具有极小值20，所述极小值借助依照往复方法的选定切割过程的细节、尤其是线前后移动的长度给出。
图3示出了对照线网中测量位置GP的结构化线有效直径E(包络体直径，以毫米mm为单位)的测量曲线17。
可以清楚地看到，相比于截面与累积切割体积成比例(即，与网位置GP成比例)减小的平滑线，结构化线的有效直径E经历多级磨损，亦即结构化首先(回归线19)更加迅速地磨损、然后随后(回归线18)较为缓慢地磨损。
借助两个交叉光学测微仪从不同网位置GP对线段的线横截面的测量显示，迅速磨损19由卷曲部的暴露的末端的选择性材料侵蚀主导，而在卷曲切片的该“开封”之后、在随后的磨损18期间，芯线在整个表面上更加均匀分布的磨损占主导。
图4示出了对照结构化线在测量布置结构中经受的拉力F(以牛顿N为单位)的结构化线有效直径E的测量曲线8。
经发现，张力/伸长曲线8在力的大部分(范围)内大体线性延伸。将张力/伸长曲线8的斜度称为结构化线的沿结构化线纵向方向的弹簧常数。
图5示出了关于根据本发明的凹槽9和10的、在两个网位置GP1和GP2(比较图2)处的导线辊14的细节。
每个凹槽包括凹槽底部16和凹槽侧面15。凹槽底部16是凹槽距导线辊14的轴线21具有最短径向距离的部分。由于线沿着纵向方向的拉应力和线绕导线辊14的用力缠绕，线支承在凹槽底部16上，同时线未接触凹槽侧面15。
在凹槽9中、网位置GP1处，由于线在彼处已有的磨损程度和彼处普遍的线张力，线具有有效直径EF1；在凹槽10中、位置GP2处，线对应地具有有效直径EF2。
根据本发明，凹槽底部16的曲率半径相应地调适成结构化线2在相应凹槽中的实际有效直径。
已证实，凹槽的深度6和7另外分别选定成使得线有效直径EF1和EF2的外侧边分别处于平面13中是有利的。
在这种情况中，“深度”指的是凹槽距导线辊14的轴线21的最短径向距离。
凹槽9和10的侧面15和16的孔径角11和12可彼此相等或替代地彼此不同。当有意从料锭切割特别薄的晶片时，相邻凹槽优选彼此相距特别小的距离。
在深凹槽的情况中，当有意在邻近的凹槽之间留下导线辊14的一段足够宽的未开槽的侧向柱表面22使得线在凹槽中仍被可靠导向且不会意外地跳到相邻凹槽中时，出于设计原因会需要使孔径角随着凹槽间距的减小而减小。
结构化线2的有效直径(结构化线的包络体直径)取决于结构化线沿纵向方向所承受的拉力F。
对于结构化线所基于的平滑线1具有175μm芯直径的示例线，从F＝0N(没有力)到F＝70N(拉力接近线的75N–80N的抗拉强度)，有效直径从大约205μm减小至176μm。
对于比抗拉强度小很多的拉力，有效直径的减小与拉力近似成比例地出现。结构化线2于是表现得近似像理想弹簧。
图4呈现了对于175μm示例线的拉力F与有效直径E之间的测量关系。与结构化线2相比，平滑线1没有响应于拉力变化的任何可测量的直径变化。
利用具有宽测量板的机电厚度仪(分别用以包括线与测量仪之间具有最大距离的接触点)在多个位置处且于带有指定的线纵向张力的结构化线2的多个旋转角度下确定有效直径。
结构化线2的有效直径随线的磨损发生变化。
平滑线的材料损失通过与切割体积成比例的磨损进行。
切割体积与工件材料(料锭材料)的已由工具(线和磨料)切割以去除材料的体积相关。
在平滑线1的情况中，材料损失(线)与切割体积(工件，料锭)的比构成常数。
比例常数尤其由所使用的硬质材料的性质(硬度、粒径/颗粒尺寸、粒径分布、颗粒形状等)决定。
据观察，相比于平滑线的磨损，结构化线2的有效直径的减小并未与切割体积成比例地进行。替代地，借助交叉光学测微仪对结构化线2在新(线)状态和磨损至不同程度下开展的直径测量(直径测量同时沿着相互垂直取位的两个线传递方向)显示，结构化线2所基于的平滑线1大体同等(与切割体积成比例)地减小，但卷曲部的幅度未与切割体积成比例地减小。
在示例线切割方法的情况中，新芯线直径为175μm且新结构化线受到沿纵向方向33N拉力下有效直径为191μm的总长为58km的新结构化线被进给到具有321个凹槽的线网，并且直径300mm的单晶硅的360mm长的圆柱形料锭被切割成322个晶片。
通过往复方法实现磨切，在每个往复步骤中，线在新线侧以30N进给到线网并从新线卷轴移动通过320m至旧线卷轴；随后，线在旧线侧以30N进给到线网并从旧线卷轴移动通过211m至新线卷轴。
在停止用线磨切过程之后，根据网位置GP利用光学测微仪测量结构化线的有效直径和芯直径。
结果由图3示出。工件材料被结构化线在切口中切割的体积(切割体积)与线在网中的位置GP成比例(至该网/线位置的累计切割体积)。
33N的拉力来自于将芯线进给到网的30N，并且另外的3N根据磨切期间沿料锭进给方向观察到的线弯折、利用由有效直径与纵向拉力的关系(图4)给出的弹簧常数计算。
线弯折源于力，线必须对料锭施加所述力，以便通过线相对于料锭的移动和研磨浆料的供应达成材料侵蚀。线弯折还取决于线进给速度(材料去除速率)，且在本示例中选定的磨切过程中，线弯折为大约6mm。
此外，还借助基于压电元件的三轴力传感器确定沿料锭进给方向对线施加的力，所述三轴力传感器有待安装在料锭与用于将料锭进给到线网上的装置之间。
线纵向张力在线网各处并非是不变的。据观察，线在线网中的张力随着沿着导线辊14的轴向方向的位置(网位置GP)变化。据发现，该关系为非线性的。
指定示例线及示例磨切过程的测量结果由图2示出。
利用拉应力测量仪器确定线张力。用于测量目的导线辊的功能表面具有直圆柱面形状，所述功能表面由聚氨酯制成，并且所述聚氨酯涂层设置有形状及深度相同的凹槽，凹槽彼此的间距随着从新线侧到旧线侧的线有效直径的减小而减小。各导线辊14的轴线相互平行布置。
尤其还发现，线张力的分布不仅取决于导线辊14(形状、凹槽深度)和线磨损(直径减小、绕导线辊的缠绕长度)的已知详情，而且尤其还取决于往复方法期间线移动长度的选择。尤其还注意到对照网位置GP的线网中线拉力F分布之测定曲线的局部最小值20(图2)。
导线辊14中的凹槽宽度必须在线网的所有位置处都与结构化线2的有效直径对应。
利用具有相等深度但不同宽度的凹槽的柱形导线辊14的测试揭露，宽度比该凹槽中结构化线的有效直径小的凹槽磨损特别迅速，使彼处切割的晶片具有不良平面度，且这样的凹槽更经常导致线断裂。
类似地还观察到，尽管比该凹槽中的结构化线2的有效直径宽出超过50％的凹槽磨损更加缓慢，然而类似地，这样的凹槽导致彼处切割的晶片具有不良的平面度，这可能是因为宽的凹槽无法在切割过程期间可靠地使线经最大平面度表面导向通过料锭。
只有凹槽底部的曲率直径与延伸通过凹槽的结构化线2的于彼处已有的线磨损程度和彼处普遍的线张力条件下的有效直径相等或至多大50％的凹槽，才既允许低的凹槽磨损又允许分别获得的各晶片的前侧面和后侧面的对于需求应用所需的平面平行度。
这带来根据本发明的特征，根据本发明，结构化线2支承于的每个凹槽的底部具有针对每个凹槽与在相应的凹槽中所具有的结构化线2的包络体半径相等或最大为结构化线包络体半径的1.5倍的曲率半径。
示例实施例的前述描述将理解为示例性的。由此所作的公开允许本领域技术人员一方面理解本发明及本发明关联的优点，且另一方面，由此所作的公开还包括所描述的结构和方法的在本领域技术人员理解内显而易见的变型和修改。因此，权利要求的保护范围意欲涵盖这样的变型和修改以及等同物全部。

Claims (10)

1.一种用于从料锭同时切割多个晶片的方法，所述方法经由使料锭移动穿过由两个共同旋转的导线辊张跨的结构化锯线的线网，同时向所述线网施加浆料，其中，所述结构化锯线的结构化包括平滑芯线的与芯线的纵向方向垂直的多个凹进和突起，其中，所述结构化锯线被导向通过两个导向辊的凹槽，并且其中，结构化锯线支承于的每个凹槽的底部以这样的曲率半径弯曲，所述曲率半径针对每个凹槽与在相应的凹槽中所具有的结构化锯线的包络体半径相等或最大为结构化锯线包络体半径的1.5倍，其中所述结构化锯线的包络体为完全包含整个结构化锯线的最小直径的直圆柱体。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述凹进和突起平均遍及其纵向方向指向在与纵向方向垂直的所有平面中，并且所述凹进和突起借助芯线在与纵向方向垂直的平面中的结构化和结构化锯线关于结构化锯线的纵向轴线的扭转被形成，使得以这种方式得到的捻拧的结构化锯线具有螺旋形状。
3.如权利要求1所述的方法，其中，结构化锯线的平均遍及纵向方向的结构化指向在与纵向方向垂直的所有平面中，并借助在与结构化锯线纵向方向垂直的第一平面中的结构化形成有第一幅度和第一波长，并借助在与结构化锯线纵向方向垂直且与第一平面垂直的第二平面中的结构化形成有第二幅度和第二波长，并且通过使结构化锯线关于结构化锯线的纵向轴线扭转被形成。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述结构化锯线在与结构化锯线的包络体的底表面垂直作用的张力下在凹槽中绕导线辊成螺旋形导向，以使得由相互平行延伸的结构化锯线的节段组成的平面网在两个导线辊之间形成。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述结构化锯线的移动包括配对换向的连续进行，并且配对换向分别包括结构化锯线在沿着结构化锯线纵向方向的第一方向上经过第一长度的第一移动和随后结构化锯线在与第一方向正相反的第二方向上经过第二长度的移动，并且其中，所述第一长度被选定为大于所述第二长度。
6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述芯线的直径为从130μm至175μm。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述结构化锯线的包络体的直径对应于芯线的直径的从1.02至1.25倍。
8.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，每个凹槽距导线辊的轴线的最短距离选定成使得在每个凹槽中包络体距导线辊的轴线具有最大距离的所有点与导线辊的轴线相距同一距离。
9.一种供用于从料锭同时切割多个晶片的线锯中使用的导线辊，所述导线辊包括多个凹槽，结构化锯线被导向通过所述多个凹槽，其中，所述结构化锯线的结构化包括平滑芯线的与芯线的纵向方向垂直的多个凹进和突起，并且其中，每个凹槽分别具有弯曲的、曲率半径给定为在相应凹槽中的结构化锯线的包络体半径的1–1.5倍的凹槽底部，其中所述结构化锯线的包络体为完全包含整个结构化锯线的最小直径的直圆柱体。
10.一种用于从料锭同时切割多个晶片的线锯，所述线锯包含两个如权利要求9所述的导线辊，其中，所述结构化锯线在与结构化锯线的包络体的底表面垂直作用的张力下在凹槽中绕两个导线辊成螺旋形导向，以使得由相互平行延伸的结构化锯线的节段组成的平面线网在两个导线辊之间形成，所述线锯还包括用于使料锭垂直地朝向线网的平面且穿过所述线网移动的进给装置。
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