TWI781643B - 藉由線鋸在一系列切斷操作期間從工件切割多個切片的方法 - Google Patents

藉由線鋸在一系列切斷操作期間從工件切割多個切片的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI781643B
TWI781643B TW110119768A TW110119768A TWI781643B TW I781643 B TWI781643 B TW I781643B TW 110119768 A TW110119768 A TW 110119768A TW 110119768 A TW110119768 A TW 110119768A TW I781643 B TWI781643 B TW I781643B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
workpiece
wire
cut
array
during
Prior art date
Application number
TW110119768A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202146199A (zh
Inventor
派翠克 伯格
雅克賽爾 貝耶爾
沃夫甘 戴茲
卡爾 佛林特爾特
麥提亞斯 古瑟
Original Assignee
德商世創電子材料公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 德商世創電子材料公司 filed Critical 德商世創電子材料公司
Publication of TW202146199A publication Critical patent/TW202146199A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI781643B publication Critical patent/TWI781643B/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D57/00—Sawing machines or sawing devices not covered by one of the preceding groups B23D45/00 - B23D55/00
    • B23D57/0007—Sawing machines or sawing devices not covered by one of the preceding groups B23D45/00 - B23D55/00 using saw wires
    • B23D57/0023—Sawing machines or sawing devices not covered by one of the preceding groups B23D45/00 - B23D55/00 using saw wires with a plurality of saw wires or saw wires having plural cutting zones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D59/00—Accessories specially designed for sawing machines or sawing devices
    • B23D59/001—Measuring or control devices, e.g. for automatic control of work feed pressure on band saw blade
    • B23D59/002—Measuring or control devices, e.g. for automatic control of work feed pressure on band saw blade for the position of the saw blade
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D59/00—Accessories specially designed for sawing machines or sawing devices
    • B23D59/04—Devices for lubricating or cooling straight or strap saw blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B28D5/0064—Devices for the automatic drive or the program control of the machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B28D5/0076—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material for removing dust, e.g. by spraying liquids; for lubricating, cooling or cleaning tool or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • B28D5/045—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by cutting with wires or closed-loop blades

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Sawing (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)

Abstract

一種在一系列切斷操作期間藉由線鋸從工件切割多個切片的方法，該一系列切斷操作分成初始切割和後續切割，其中，該線鋸包含鋸線之移動線區段的線陣列和致動裝置，且該線陣列在二個線導輥之間的平面中張緊，其中，二個線導輥各自支撐在固定軸承與浮動軸承之間。根據一個實施態樣，該方法包含：在各該切斷操作期間，在存在工作流體和硬質材料的情況下，藉由該致動裝置沿著垂直於工件軸線且垂直於該線陣列之平面的進給方向以一進給速率將相應的工件進給通過該線陣列，該工作流體和硬質材料對該工件產生磨蝕作用。

Description

藉由線鋸在一系列切斷操作期間從工件切割多個切片的方法
本發明係關於一種藉由線鋸在一系列切斷操作期間從工件切割多個切片的方法，其中，該線鋸包含鋸線之移動線區段的線陣列以及致動裝置，且該線陣列在二個線導輥之間的平面中張緊，且其中二個線導輥各自支撐在固定軸承與浮動軸承之間。在各個切斷操作期間，在存在工作流體和硬質材料的情況下，藉由致動裝置沿著垂直於工件軸線且垂直於線陣列之平面的進給方向將相應的工件進給通過線陣列，該工作流體和硬質材料對工件產生磨蝕作用。
此種用於切割多個切片的方法可藉由研光切片(lap slicing)或研磨切片來實現。
在研光切片的情況下，將由硬質材料在液體載體介質中所組成的漿液形式的工作流體進給到形成於線表面與工件之間的工作空間。在研光切片的情況下，藉由涉及工具載具(鋸線)、工具(磨料)、及工件的三體相互作用來去除材料。
在研磨切片的情況下，使用在表面中牢固地黏合有硬質材料的鋸線，並供應本身不包含磨料且用作冷卻潤滑劑的工作流體。在研磨切 片的情況下，藉由涉及作為工具的金剛石塗覆之鋸線與工件的雙體相互作用來去除材料。
在傳統線鋸的情況下，各個線導輥在其每個端面附近設置有以固定方式連接到機架且稱為固定軸承的軸承，以及在相對端面附近設置有能沿線導輥之軸向方向相對於機架移動且稱為浮動軸承的軸承。
存在已知如下措施：這些措施旨在抵消在切斷操作期間線陣列與工件相對於彼此之佈置的變化，以改善待切斷的切片之主表面的平面平行度。
US 5 377 568揭露一種方法，在該方法中，測量位於線導輥外側上的參考表面相對於機架的位置，並藉由調節線導輥內部的溫度，造成線導輥中的熱長度增加或長度減小，直到測得的參考表面位置變化得以再次被補償為止。
WO 2013/079683 A1揭露一種方法，其中，首先測量在線導輥軸承的各個溫度下獲得的切片形狀，並與相應的相關聯之軸承溫度一起儲存這些形狀中的每個形狀，然後在後續切割中，選擇最匹配所欲目標形狀的軸承溫度。
US 5 875 770揭露一種方法，其中，測量切割而得的切片形狀，透過形成相對於所欲的切片理想形狀的差異來計算與切割深度相關的校正曲線，並且在隨後的切割中，在切斷操作期間，根據該校正曲線使工件沿軸向方向相對於線陣列移動。
US 2002/ 0 174 861 A1描述一種方法，該方法設想到控制工件的溫度，以限制所切斷的切片的翹曲度。
儘管有這些措施，仍持續需要改進，一方面因為這些措施僅具有有限的效果，且另一方面，因為特別是在半導體工業中，關於切片的平坦度和平面平行度的要求變得越來越高。
本發明之目的是獲得形狀盡可能接近目標形狀的切片。
根據第一實施態樣，藉由一種在一系列切斷操作期間藉由線鋸從工件上切割多個切片的方法來實現本發明之目的，該一系列切斷操作分成初始切割和後續切割，其中，該線鋸包含鋸線之移動線區段的線陣列和致動裝置，且該線陣列在二個線導輥之間的平面中張緊，其中，二個線導輥各自支撐在固定軸承與浮動軸承之間，該方法包含：在各該切斷操作期間，在存在工作流體和硬質材料的情況下，藉由該致動裝置沿著垂直於工件軸線且垂直於該線陣列之平面的進給方向以一進給速率將相應的工件進給通過該線陣列，該工作流體和該硬質材料對工件產生磨蝕作用，該方法包含：在各該切斷操作期間，將該工件進給通過該線陣列，同時藉由根據第一溫度輪廓的規定用冷卻流體調節該固定軸承的溫度來使該浮動軸承進行軸向移動，該第一溫度輪廓根據切割深度來規定冷卻流體的溫度且與第一校正輪廓相關聯，該第一校正輪廓根據切割深度來規定該浮動軸承的行程；在各該切斷操作期間及/或在各該切斷操作之前，確定形狀偏差；以及根據切割深度來設定操作參數，例如進給速率、每單位時間進給到該線陣列的工作流體量、該工作流體的溫度、線速度、每切斷操作的線消耗、以及線張力。
根據第二實施態樣，藉由一種在一系列切斷操作期間藉由線鋸從工件上切割多個切片的方法來實現本發明之目的，該一系列切斷操作分成初始切割和後續切割，其中，該線鋸包含鋸線之移動線區段的線陣列和致動裝置，且該線陣列在二個線導輥之間的平面中張緊，其中，二個線導輥各自支撐在固定軸承與浮動軸承之間，該方法包含：在各該切斷操作期間，在存在工作流體和硬質材料的情況下，藉由該致動裝置沿著垂直於工件軸線且垂直於該線陣列之平面的進給方向以一進給速率將相應的工件進給通過該線陣列，該工作流體和該硬質材料對工件產生磨蝕作用，該方法包含：將該工件進給通過該線陣列，同時根據第二校正輪廓的規定，藉由致動元件來使該工件沿著該工件軸線移動，該第二校正輪廓規定該工件的行程，其中，該第二校正輪廓與形狀偏差相對；在各該切斷操作期間及/或在各該切斷操作之前，確定該形狀偏差；以及根據切割深度來設定操作參數，例如進給速率、每單位時間進給到該線陣列的工作流體量、該工作流體的溫度、線速度、每切斷操作的線消耗、以及線張力。
根據第三實施態樣，藉由一種在一系列切斷操作期間藉由線鋸從工件上切割多個切片的方法來實現本發明之目的，該一系列切斷操作分成初始切割和後續切割，其中，該線鋸包含鋸線之移動線區段的線陣列和致動裝置，且該線陣列在二個線導輥之間的平面中張緊，其中，二個線導輥各自支撐在固定軸承與浮動軸承之間，該方法包含：在各該切斷操作期間，在存在工作流體和硬質材料的情況下，藉由該致動裝置沿著垂直於工件軸線且垂直於該線陣列之平面的進給方向以一進給速率將相應的工件 進給通過該線陣列，該工作流體和該硬質材料對工件產生磨蝕作用，該方法包含：在各該切斷操作期間，將該工件進給通過該線陣列，同時藉由根據第一溫度輪廓的規定用冷卻流體調節該固定軸承的溫度來使該浮動軸承進行軸向移動，該第一溫度輪廓根據切割深度來規定冷卻流體的溫度且與第一校正輪廓相關聯，該第一校正輪廓根據切割深度來規定該浮動軸承的行程；將該工件進給通過該線陣列，同時根據第二校正輪廓的規定，藉由致動元件來使該工件沿著該工件軸線移動，該第二校正輪廓規定該工件的行程，其中，該第一校正輪廓和該第二校正輪廓與形狀偏差相對；在各該切斷操作期間及/或在各該切斷操作之前，確定該形狀偏差；以及根據切割深度來設定操作參數，例如進給速率、每單位時間進給到該線陣列的工作流體量、該工作流體的溫度、線速度、每切斷操作的線消耗、以及線張力。
根據第一、第二和第三實施態樣的方法可構造成研光切片或研磨切片。切割深度(doc)係指在進入工件之切割直至離開工件之切割的區域中與進給方向相反的長度。
已發現，根據第一校正輪廓及/或第二校正輪廓改變工件與線陣列之線區段的相對位置、以及設定操作參數(例如，進給速率、每單位時間供應到線陣列的工作流體量、工作流體的溫度、線速度、每切斷操作的線消耗、以及線張力)的組合特別適合於實現這一目的，只要這些操作參數與這些應用相匹配即可。
在各個切斷操作期間，在將工件進給通過線陣列的同時，利用冷卻介質潤濕工件來控制工件溫度是更加有利的，無論是根據第一、第二還是第三實施態樣進行操作皆如此。
調節固定軸承的溫度(以下稱為線導溫度控制，WGTC)會導致固定軸承及其部件沿線導輥的軸向方向收縮或膨脹，從而導致浮動軸承軸向移動且由此導致線導輥相對於工件移動。
調節固定軸承的溫度在性質上與藉由致動元件來使工件沿著工件軸線移動(以下稱為鑄錠定位控制，IPC)具有相同的效果。致動元件較佳為壓電致動器。因此，引起相應行程的變數在WGTC的情況中是冷卻流體的溫度，而在IPC的情況中是用於驅動致動元件的信號。
利用冷卻介質(鑄錠冷卻，IC)潤濕工件可導致工件長度的變化，因此類似地導致工件與線陣列之線區段之間的相對運動。
根據本發明的第一實施態樣，利用與之匹配的操作參數來執行WGTC，根據第二實施態樣，利用與之匹配的操作參數來執行IPC，以及根據第三實施態樣，利用與之匹配的操作參數來執行WGTC和IPC。
不管採用三個實施態樣中的哪一個，匹配的操作參數如下：工件進給通過線陣列的進給速度較佳不小於2.6毫米/分鐘且不大於4.25毫米/分鐘，特別佳不小於2.6毫米/分鐘且不大於3.4毫米/分鐘。
每單位時間進給到線陣列的工作流體的量較佳不小於15公斤/分鐘且不大於42公斤/分鐘，特別佳不小於34公斤/分鐘且不大於42公斤/分鐘。
工作流體的溫度較佳不小於20℃且不大於34℃，特別佳不小於28℃且不大於34℃。
線區段移動的線速度較佳不小於6公尺/秒且不大於14公尺/秒，特別佳不小於6公尺/秒且不大於10公尺/秒。
線張力較佳不大於25N且不大於35N。
每切斷操作的線消耗較佳不小於50公里且不大於72公里，特別佳不小於50公里且不大於70公里。
第三實施態樣是特別佳的，因為其提供將WGTC和IPC與匹配的操作參數結合使用，以使任何可能的形狀偏差最小化。這種態樣具有與之相關聯的特別優點。如果WGTC和IPC措施組合使用，則相較於僅使用其中一種措施時可能的振幅，能夠實現線導輥相對於工件移動的更大振幅(行程量)。浮動軸承和工件的移動與引起該移動的變數成線性關係的範圍係比僅使用一種措施時可得的對應範圍寬。從改變引起移動的變數到移動的實際發生，在WGTC的情況下比在IPC的情況下要花費明顯更多的回應時間，尤其是在致動元件為壓電致動器的情況下。因此，二種措施具有不同的控制頻寬。因此，有利的是，藉由IPC來抵消相對高頻的形狀偏差，即，根據切割深度以相對較大的梯度變化的形狀偏差；而藉由WGTC來抵消相對低頻的形狀偏差。由於不同的回應時間，IPC控制可用於減輕WGTC控制的過調量(overshoot)。此外，IPC與WGTC之組合的控制頻寬大於IPC或WGTC的控制頻寬。由於浮動軸承和工件的移動係藉由二個獨立的致動器執行，因此這二種措施的組合可實現每單位時間更大的行程。
如果在切斷操作之前確定形狀偏差，則術語形狀偏差是指切片的形狀輪廓或切片的平均形狀輪廓偏離參考形狀輪廓的偏差。
如果在切斷操作期間確定形狀偏差，則術語形狀偏差是指穿過所觀察之切口中心的線的位置或者代表多條此種線的平均線的位置偏離參考軌跡的偏差。如果切斷操作是完全無問題的，即在未發生非故意之線 導輥的軸向移動及/或工件的軸向移動的情況下，該線和參考軌跡相對於共同參考物將具有相同的位置。共同參考物是在空間中保持靜止的位置，例如機架上的位置。如果觀察多個切口，則將穿過切口中心的線的位置加以平均，以得出平均線的位置。在線或平均線與參考軌跡之同一高度的點表示特定的切割深度。因此，在線上或平均線上的此類點距參考軌跡上的對應點的距離係指示在由這些點表示之切割深度處的形狀偏差。
對一個或多個切口的觀察較佳係藉由用光輻射、IR輻射、X射線或γ射線照射來進行。此外，還可考慮對切口進行機械掃描或對切口進行電感或電容測量。
在各個切斷操作期間及/或在各個切斷操作之前，確定形狀偏差。
根據第三實施態樣的變型，基於在切斷操作期間觀察一個或多個切口來確定形狀偏差，並建立二個封閉的控制回路。第一控制回路藉由WGTC回應於控制誤差，即所確定的形狀偏差，以及第二控制回路藉由IPC回應，其中，為了校正形狀偏差所要執行的浮動軸承和工件移動係以工作在回路之間劃分的方式來執行。浮動軸承藉由WGTC根據第一校正輪廓進行移動，該第一校正輪廓根據切割深度來確定該浮動軸承的行程。該第一溫度輪廓與第一校正輪廓相關聯，該第一溫度輪廓根據切割深度來規定冷卻劑的溫度。預先由實驗確定為了使相應的線導輥之浮動軸承達到規定的行程所需的冷卻流體之溫度變化。第一校正輪廓根據切割深度確定為了減小形狀偏差而使浮動軸承執行的行程比例。根據第二校正輪廓，藉由IPC來移動工件。第二校正輪廓根據切割深度來確定為減小形狀偏差而使工件執行的行程比例。二個比例之和對應於為了減小所確定的形狀偏差所需的行程。可以相等或不同地劃分這些行程比例。較佳地，以第三校正輪廓的 形式考慮工件與線陣列之線區段之間相對運動的另一比例，該第三校正輪廓根據切割深度來確定工件長度的變化。藉由利用冷卻介質潤濕工件(鑄錠冷卻，IC)來引起長度變化。
根據第三實施態樣的又一變型，根據已切除的切片的平均形狀輪廓與參考形狀輪廓的比較來確定形狀偏差，該比較提供總體校正輪廓，即使在切斷操作之前，該總體校正輪廓也根據切割深度來確定為了避免形狀偏差所必須的行程，而根據比較結果，在沒有實施對策的情況下可預期到該形狀偏差。總體校正輪廓分為第一校正輪廓和第二校正輪廓，如果適用，還可以分為第三校正輪廓，這確定了要藉由WGTC和IPC執行的行程比例大小，以及在適用情況下要藉由IC執行的工件長度的變化。在這種情況下，工件的行程比例和長度變化也可等同地或以一些其它比值劃分。
根據第三實施態樣的又一變型，採用WGTC和IPC來抵消在每個切斷操作期間執行確定的形狀偏差，以及採用IC來抵消在每個切斷操作之前確定的形狀偏差，反之亦然。
根據第三實施態樣的又一變型，採用WGTC和IC來抵消在每個切斷操作期間執行確定的形狀偏差，以及採用IPC來抵消在每個切斷操作之前確定的形狀偏差，反之亦然。
根據第三實施態樣的又一變型，採用IPC和IC來抵消在每個切斷操作期間執行確定的形狀偏差，以及採用WGTC來抵消在每個切斷操作之前確定的形狀偏差，反之亦然。
切片的表面係由主表面和邊緣表面構成。主表面包括該切片的正面和背面。可藉由將切片佈置在一對感測器之間來測量該切片，例如翹曲測量的情況中所慣用者。每個感測器測量朝向感應器之切片的主表面在測量點處的距離。測量點可分佈在主表面上，或者可沿著與進給方向偏 離不超過±20°的切片直徑放置。這些測量點較佳沿著切片的直徑位於位置i上，特別是與進給方向相反，因此每個測量點都與特定的切割深度相關聯。測量點的密度較佳為每公分不小於1個，且對於所有測量點，一個測量點與最近的相鄰點之間的距離較佳是相同的。
切片的形狀輪廓是連接測量點si的線，這些測量點係根據規則si=D-(FDi-BDi)在位置i處計算，其中，D是感測器之間的距離，FDi是上部感測器與切片正面上的相應測量點之間的距離，BDi是下部感測器與切片背面上的相應測量點之間的距離。應當注意，本發明也可以使用替代性定義的形狀輪廓來實施，只要該替代性定義係根據切割深度來對切片形狀進行編碼即可。
切片的平均形狀輪廓是藉由平均化多個切片的形狀輪廓而獲得的形狀輪廓。參考形狀輪廓是所欲的形狀輪廓，較佳是具有完全平坦且相互平行的主表面的切片的形狀輪廓。平均形狀輪廓係針對以下切片確定：這些切片較佳係藉由同一線鋸進行至少1至5次切斷操作而產生，其中，這些切斷操作緊接在即將由該線鋸執行的切斷操作之前。對用於產生平均形狀輪廓的切片的選擇可基於切片或基於切割，或者可包括二者。在基於切片的選擇的情況下，使用切斷操作產生的某些切片來藉由平均化確定相應的平均形狀輪廓，而將其它切片排除在外。例如，在平均化過程中僅考慮在工件中具有特定位置的切片，例如僅考慮沿著工件軸線每隔15到25個的切片。基於切片的選擇的另一種可能性是，在切斷操作中，將形狀輪廓與所有切片的平均形狀輪廓偏差最大和最小的切片排除在外(所謂的修整平均值)。替代地，在切斷操作中，能夠從平均化中排除形狀輪廓與所有切片的平均形狀輪廓相差超過1到2σ的切片。在基於切割的選擇中，使用至 少一個切斷操作中產生的所有切片來確定平均形狀輪廓，並排除至少另一個切斷操作中產生的所有切片。
在切斷操作中，切片的平均形狀輪廓在一系列切斷操作的過程中發生變化。這些變化較佳用於評估線鋸的性能。這些變化可能指示鋸線及/或線導輥的面層(facing)的磨損或者線鋸經受磨損的任何其它部件的磨損。因此，較佳地，限定形狀偏差的閾值，當達到或超過該閾值時，啟動維護活動(預測性維護活動)，而不是進一步的切斷操作。甚至在達到此種閾值之前，這些變化也可用作採取調整措施的契機，以抵消由於磨損引起的工作結果惡化。例如，此種調節措施可為改變工作流體的組分及/或溫度及/或改變線速度及/或其它製程特定參數。
鋸系統變化之後進行的切斷操作表示一特殊情況。鋸系統的此種變化發生於例如在線導輥存在變化、對線鋸進行機械調節、或者工作流體的物理特性或化學特性改變時。在鋸系統變化之後的第一切斷操作(即，所謂的初始切割)較佳由1到5個切斷操作組成。對於初始切割，較佳透過將切片的平均形狀輪廓與參考形狀輪廓進行比較來確定形狀偏差，其中，使用在鋸系統變化之前進行的一個或多個初始切割的過程中，由同一線鋸產生的切片的平均形狀輪廓。
較佳的建議是在每個切斷操作期間額外地提供對工件溫度的控制，更確切地，藉由利用冷卻介質潤濕工件(鑄錠冷卻，IC)來提供控制。根據第一、第二以及第三實施態樣的變型，藉由封閉的控制回路執行控制，其中，工件的溫度形成控制變數，且冷卻介質的溫度形成控制回路的操縱變數。控制回路的參考變數較佳為恆定溫度。冷卻介質較佳是在研光切片或研磨切片中使用的流體或工作流體。藉由控制工件的溫度，能 夠限制由於工件的熱膨脹引起的切片形狀偏差。例如，可如US 2002/0 174 861 A1中所描述地實施控制回路。
根據第一、第二以及第三實施態樣的較佳變型，根據第二溫度輪廓控制工件的溫度，該第二溫度輪廓根據切割深度來規定該冷卻介質的溫度。該第二溫度輪廓與第三校正輪廓相關聯，該第三校正輪廓與形狀偏差相對。冷卻介質的溫度影響工件的伸長率，並因此影響工件與線陣列之線區段的相對位置。工件的長度變化是藉由控制工件的溫度而刻意引起的，以便減小與浮動軸承和工件的移動相關的形狀偏差。
根據本發明使用的線鋸包含二個或更多個線導輥。線導輥的固定軸承的溫度之調節可限制在二個線導輥之間，線陣列在該二個線導輥之間張緊，工件經由該線陣列進給進入。
該工件較佳由諸如矽的半導體材料構成，該半導體材料處於多晶或單晶狀態。該工件的截面的周界是正方形、矩形或圓形。在圓柱形工件的情況下，工件軸線延伸穿過圓柱體的中心。根據本發明的方法特別適合用於生產圓形半導體晶圓，該圓形半導體晶圓由直徑至少為200毫米、特別是至少為300毫米的單晶矽構成。
為了由直徑為300毫米的單晶矽生產半導體晶圓，無論是根據第一、第二或第三實施態樣或其變型之一進行操作，以下匹配的操作參數均被證實特別合適：進料速率：2.83毫米/分鐘
所供應的工作流體量：38公斤/分鐘
工作流體的溫度：31℃
線速度：8公尺/秒
線消耗：58.3公里
線張力：34N
下文參照附圖來描述本發明的細節。
1:線導輥
2:線陣列
3:鋸線
4:工件
5:固定軸承
6:浮動軸承
7:機架
8:面層
9:通道
10:方向箭頭
11:方向箭頭
12:致動裝置
13:切口檢測器
14:資料處理單元
15:致動元件
16:控制單元
17:切口
18:參考軌跡
19:上部感測器
20:下部感測器
21:切片
22:用於調節工件溫度的裝置
BDi:下部感測器與切片背面上的相應測量點之間的距離
D:感測器之間的距離
FDi:上部感測器與切片正面上的相應測量點之間的距離
LP:低通濾波器
HP:高通濾波器
WL:工件長度
圖1示意性地示出在本發明的使用中起作用的線鋸的特徵。
圖2示出線鋸進一步的細節。
圖3示出穿過工件的切口的路線以及由參考軌跡表示的設想路線。
圖4示出切片在二個感測器之間的佈置，這些感測器用於在切斷操作之前確定該切片的形狀偏差。
圖5示出當WGTC和IPC的振幅相加時所獲得的優點。
圖6示出一範圍，在該範圍內，移動的振幅A線性地取決於引起該移動的變數。
圖7示出總體校正輪廓在WGTC與IPC之間的有利劃分。
圖8示出藉由組合WGTC和IPC可引起更大的每單位時間行程。
圖9示出總體校正輪廓在WGTC與IPC之間的有利劃分如何減輕振幅的過調量，而如果將WGTC僅使用作為唯一措施則會觀察到振幅的過調量。
圖10到圖12以定性的方式示出切口的輪廓。
適合於執行根據本發明的方法的線鋸包含線陣列2，該線陣列由鋸線3之移動線區段構成，該鋸線在二個線導輥1之間的平面中張緊。在切斷操作期間，工件4藉由致動裝置12沿著垂直於工件軸線且垂直於線陣列2之平面的進給方向進給通過線陣列2。在這一操作的過程中，使線陣列2張緊的線導輥1和工件4分別根據第一和第二校正輪廓、各自根據方向箭頭10和11沿軸向方向移動。第一和第二校正輪廓抵消在切斷操作之前或期間 所確定的形狀偏差。為了確定切斷操作期間的形狀偏差，存在用於觀察切口的切口檢測器13。此外，提供資料處理單元14，用於產生第一校正輪廓、第二校正輪廓、及(若適用)第三校正輪廓。資料處理單元14向致動元件15傳遞控制信號，該控制信號根據切割深度來使得工件4根據第二校正輪廓在沿著由箭頭方向11所指示的工件軸線之方向移動。此外，提供用於調節工件4之溫度的裝置22。如果在每個切斷操作之前確定形狀偏差，則資料處理裝置14向裝置22傳遞第二溫度輪廓，該第二溫度輪廓導致工件的長度根據第三校正輪廓改變。
如圖2所示，線導輥1安裝在固定軸承5與浮動軸承6之間。固定軸承5和浮動軸承6支撐在機架7上。線導輥1具有設置有凹槽的面層8，鋸線3在該凹槽中運行。固定軸承5包含通道9，用於調節固定軸承5之溫度的冷卻流體通過該通道。如果流體的溫度升高，則固定軸承5的熱膨脹導致線導輥1沿浮動軸承6的方向進行軸向移動，且浮動軸承6相對於機架7沿線導輥1之軸線的方向(由方向箭頭10所示)向外移動。如果冷卻流體的溫度降低，則導致線導輥1與浮動軸承6沿相反方向移動。冷卻流體的溫度係由第一溫度輪廓根據切割深度規定，該第一溫度輪廓與第一校正輪廓相關聯。連接到熱交換器和泵的控制單元16確保當達到特定切割深度時，通過固定軸承5的流體具有相應之第一溫度輪廓所需的溫度。資料處理單元14向控制單元16傳遞第一溫度輪廓，該第一溫度輪廓導致浮動軸承根據第一校正輪廓移動。
圖3示出穿過工件4的切口17的路線以及由參考軌跡18表示的設想路線。通過切口中心的線條偏離參考軌跡的相應偏差對應於總體校正輪廓，該總體校正輪廓可分成第一校正輪廓和第二校正輪廓以及(若適用)第三校正輪廓的形式。
圖4示出切片在二個感測器19、20之間的佈置，這些感測器用於在切斷操作之前確定該切片的形狀偏差。感測器19、20根據特定切割深度，在進給方向上沿著切片21之直徑的特定位置i處，測量上部感測器19距切片21的正面的距離FDi以及下部感測器20距切片21的背面的距離BDi。該切片的形狀輪廓是連接根據規則si=D-(FDi-BDi)所計算之測得數值si的線，其中，D係指感測器之間的距離。藉由將該切片的形狀輪廓與參考形狀輪廓進行比較，獲得該切片的形狀偏差。根據切割深度的與參考形狀輪廓的偏差對應於總體校正輪廓，該總體校正輪廓在WGTC與IPC之間分成第一校正輪廓和第二校正輪廓的形式。
圖5示出當WGTC和IPC的振幅相加時所獲得的優點。如果總體校正輪廓需要虛線之量級的振幅A之行程，則不可能由WGTC或IPC單獨完成該行程，因為用相應單獨的措施可實現的行程是不夠的。只有WGTC和IPC的組合才能夠實現。
圖6示出，在具有靜止位置B1的範圍B2中，移動的振幅A線性地取決於引起移動的變數(輸入，I)。在此範圍之外，會發生偏離線性行為的偏差，從而導致Δ誤差。藉由組合WGTC和IPC，增大整個系統線性反應的範圍B2。
圖7示出總體校正輪廓在WGTC與IPC之間的有利劃分，該總體校正輪廓係由以下所組成：藉由WGTC和第一校正輪廓抵消低頻形狀偏差，以及藉由IPC和第二校正輪廓抵消高頻形狀偏差。為此，較佳使用分頻器(crossover)，該分頻器藉由低通濾波器(LP)和高通濾波器(HP)將形狀偏差的低頻部分分配給藉由WGTC進行校正，並將形狀偏差的高頻部分分配給藉由IPC進行校正。
圖8示出藉由WGTC和IPC的組合，由於浮動軸承和工件的移動係由二個獨立的致動器執行，因此可實現每單位時間Δ更大的總振幅A2+A1。當單獨使用WGTC或IPC時，在此時間單位中，分別只有A1和A2之一個振幅是可能的。
圖9示出總體校正輪廓在WGTC與IPC之間的有利劃分如何減輕振幅A隨著時間t過調量(右手圖)，而如果將WGTC用作唯一措施，則會觀察到振幅的過調量(左手圖)。
圖10定性地示出在整個工件長度WL上穿過工件的切口路線。如果在不使用WGTC、IPC和IC的情況下執行切斷操作，則可預料到此種路線，然後優化操作參數以獲得特別平坦的切片。儘管如此，這些切片還是比較不均勻的，且不均勻的形式也特別取決於相應切片在工件中的位置。
圖11定性地示出在不使用WGTC、IPC和IC的情況下執行切斷操作時可預期的對應切口路線，然後結合WGTC及/或IPC使用並在適用的情況下結合IC使用，在偏離導致圖10的程序時調整操作參數。儘管這些切片不太平坦，但不再觀察到每個切片的形狀對其在工件中之位置的明顯依賴性。
圖12定性地示出當根據本發明執行切斷操作時可預期的對應切口路線，即用匹配的操作參數執行WGTC，用匹配的操作參數執行IPC，或者用匹配的操作參數執行WGTC和IPC，較佳在每種情況下與IC組合使用。不管切片在工件中的位置如何，所獲得的切片都是特別平坦的。
以上說明性實施態樣的描述應被理解為是例示性的。由此所作的揭露內容，一方面使本領域技術人員能夠理解本發明及其相關聯的優 點，另一方面還包括在本領域技術人員的理解內為明顯的對所描述的結構和方法的改變和修改。
1:線導輥
2:線陣列
3:鋸線
4:工件
10:方向箭頭
11:方向箭頭
12:致動裝置
13:切口檢測器
14:資料處理單元
15:致動元件
16:控制單元
22:用於調節工件溫度的裝置

Claims (12)

  1. 一種在一系列切斷操作期間藉由線鋸從工件上切割多個切片的方法，該一系列切斷操作分成初始切割和後續切割，其中，該線鋸包含鋸線之移動線區段的線陣列和致動裝置，且該線陣列在二個線導輥之間的平面中張緊，其中，該二個線導輥各自支撐在固定軸承與浮動軸承之間，該方法包含：在各該切斷操作期間，在存在工作流體和硬質材料的情況下，藉由該致動裝置沿著垂直於工件軸線且垂直於該線陣列之平面的進給方向以一進給速率將相應的工件進給通過該線陣列，該工作流體和該硬質材料對該工件產生磨蝕作用，該方法包含： 在各該切斷操作期間，將該工件進給通過該線陣列，同時藉由根據第一溫度輪廓的規定用冷卻流體調節該固定軸承的溫度來使該浮動軸承進行軸向移動，該第一溫度輪廓根據切割深度來規定該冷卻流體的溫度且與第一校正輪廓相關聯，該第一校正輪廓根據該切割深度來規定該浮動軸承的行程； 在各該切斷操作期間及／或在各該切斷操作之前，確定形狀偏差；以及 根據該切割深度來設定操作參數。
  2. 一種在一系列切斷操作期間藉由線鋸從工件上切割多個切片的方法，該一系列切斷操作分成初始切割和後續切割，其中，該線鋸包含鋸線之移動線區段的線陣列和致動裝置，且該線陣列在二個線導輥之間的平面中張緊，其中，該二個線導輥各自支撐在固定軸承與浮動軸承之間，該方法包含：在各該切斷操作期間，在存在工作流體和硬質材料的情況下，藉由該致動裝置沿著垂直於工件軸線且垂直於該線陣列之平面的進給方向以一進給速率將相應的工件進給通過該線陣列，該工作流體和該硬質材料對該工件產生磨蝕作用，該方法包含： 將該工件進給通過該線陣列，同時根據第二校正輪廓的規定，藉由致動元件來使該工件沿著該工件軸線移動，該第二校正輪廓規定該工件的行程，其中，該第二校正輪廓與形狀偏差相對； 在各該切斷操作期間及／或在各該切斷操作之前，確定該形狀偏差；以及 根據該切割深度來設定操作參數。
  3. 一種在一系列切斷操作期間藉由線鋸從工件上切割多個切片的方法，該一系列切斷操作分成初始切割和後續切割，其中，該線鋸包含鋸線之移動線區段的線陣列和致動裝置，且該線陣列在二個線導輥之間的平面中張緊，其中，該二個線導輥各自支撐在固定軸承與浮動軸承之間，該方法包含：在各該切斷操作期間，在存在工作流體和硬質材料的情況下，藉由該致動裝置沿著垂直於工件軸線且垂直於該線陣列之平面的進給方向以一進給速率將相應的工件進給通過該線陣列，該工作流體和該硬質材料對該工件產生磨蝕作用，該方法包含： 在各該切斷操作期間，將該工件進給通過該線陣列，同時藉由根據第一溫度輪廓的規定用冷卻流體調節該固定軸承的溫度來使該浮動軸承進行軸向移動，該第一溫度輪廓根據切割深度來規定該冷卻流體的溫度且與第一校正輪廓相關聯，該第一校正輪廓根據該切割深度來規定該浮動軸承的行程； 將該工件進給通過該線陣列，同時根據第二校正輪廓的規定，藉由致動元件來使該工件沿著該工件軸線移動，該第二校正輪廓規定該工件的行程，其中，該第一校正輪廓和該第二校正輪廓與形狀偏差相對； 在各該切斷操作期間及／或在各該切斷操作之前，確定該形狀偏差；以及 根據該切割深度來設定操作參數。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的方法，該方法包含：在各該切斷操作期間，將該工件進給通過該線陣列，同時藉由用冷卻介質潤濕該工件而控制該工件的溫度。
  5. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中，該進給速率不小於2.6毫米／分鐘且不大於4.25毫米／分鐘。
  6. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中，每單位時間供應到該線陣列的工作流體的量不小於15公斤／分鐘且不大於42公斤／分鐘。
  7. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中，該工作流體的溫度不小於20℃且不大於34℃。
  8. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中，該線速度不小於6公尺／秒且不大於14公尺／秒。
  9. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中，該每切斷操作的線消耗不小於50公里且不大於72公里。
  10. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中，該線張力不小於25 N且不大於35 N。
  11. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中，藉由將穿過至少一個切口之中心的線的位置與參考軌跡的位置進行比較，而在各該切斷操作期間測量形狀偏差。
  12. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中，如果在各自切斷操作之前確定的形狀偏差達到或超過所界定的閾值，則啟動維護措施代替相應的切斷操作。
TW110119768A 2020-06-10 2021-06-01 藉由線鋸在一系列切斷操作期間從工件切割多個切片的方法 TWI781643B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20179200.9A EP3922389A1 (de) 2020-06-10 2020-06-10 Verfahren zum abtrennen einer vielzahl von scheiben mittels einer drahtsäge von werkstücken während einer abfolge von abtrennvorgängen
EP20179200 2020-06-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202146199A TW202146199A (zh) 2021-12-16
TWI781643B true TWI781643B (zh) 2022-10-21

Family

ID=71083513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110119768A TWI781643B (zh) 2020-06-10 2021-06-01 藉由線鋸在一系列切斷操作期間從工件切割多個切片的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230278118A1 (zh)
EP (1) EP3922389A1 (zh)
JP (1) JP7466006B2 (zh)
KR (1) KR20230020539A (zh)
CN (1) CN116033990A (zh)
TW (1) TWI781643B (zh)
WO (1) WO2021249780A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4382233A1 (de) * 2022-12-08 2024-06-12 Siltronic AG Verfahren zum abtrennen einer vielzahl von scheiben von einem werkstück mittels einer drahtsäge während eines abtrennvorgangs

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10064066A1 (de) * 2000-12-21 2001-05-10 Wacker Siltronic Halbleitermat Verfahren und Vorrichtung zum gleichzeitigen Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück
JP2005103683A (ja) * 2003-09-29 2005-04-21 Toshiba Ceramics Co Ltd ワイヤソー
TW201238734A (en) * 2011-03-23 2012-10-01 Siltronic Ag Method for slicing wafers from a workpiece
TW201336652A (zh) * 2012-02-09 2013-09-16 Siltronic Ag 從工件同時切割多個切片之設備和方法
CN107052452A (zh) * 2014-04-30 2017-08-18 硅电子股份公司 由工件同时切割出许多特别是均匀厚度的切片的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH687301A5 (fr) 1992-01-22 1996-11-15 W S Technologies Ltd Dispositif de sciage par fil.
JPH09286021A (ja) 1996-04-22 1997-11-04 Komatsu Electron Metals Co Ltd 半導体インゴットの切断方法
DE10122628B4 (de) 2001-05-10 2007-10-11 Siltronic Ag Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück
DE102004043718A1 (de) * 2004-09-09 2006-03-30 Siltronic Ag Verfahren zum Diamantdrahtsägen
KR20140100549A (ko) 2011-12-01 2014-08-14 엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼스 쏘시에떼 퍼 아찌오니 와이어 소우에서 슬라이싱된 웨이퍼들의 표면 프로파일들을 제어하기 위한 시스템들 및 방법들
JP5958430B2 (ja) 2013-07-18 2016-08-02 信越半導体株式会社 ワークの切断方法及びワイヤソー

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10064066A1 (de) * 2000-12-21 2001-05-10 Wacker Siltronic Halbleitermat Verfahren und Vorrichtung zum gleichzeitigen Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück
JP2005103683A (ja) * 2003-09-29 2005-04-21 Toshiba Ceramics Co Ltd ワイヤソー
TW201238734A (en) * 2011-03-23 2012-10-01 Siltronic Ag Method for slicing wafers from a workpiece
TW201336652A (zh) * 2012-02-09 2013-09-16 Siltronic Ag 從工件同時切割多個切片之設備和方法
CN107052452A (zh) * 2014-04-30 2017-08-18 硅电子股份公司 由工件同时切割出许多特别是均匀厚度的切片的方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230020539A (ko) 2023-02-10
US20230278118A1 (en) 2023-09-07
JP7466006B2 (ja) 2024-04-11
CN116033990A (zh) 2023-04-28
WO2021249780A1 (de) 2021-12-16
TW202146199A (zh) 2021-12-16
EP3922389A1 (de) 2021-12-15
JP2023530643A (ja) 2023-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9073135B2 (en) Method for slicing wafers from a workpiece
KR102523315B1 (ko) 와이어 쏘오를 사용하여 반도체 웨이퍼를 생산하는 방법, 와이어 쏘오, 및 단결정 실리콘으로 형성된 반도체 웨이퍼
TWI781643B (zh) 藉由線鋸在一系列切斷操作期間從工件切割多個切片的方法
KR20120108940A (ko) 작업편으로부터 웨이퍼를 슬라이싱하는 방법
TWI781648B (zh) 用於在系列切斷操作期間藉助於線鋸從工件上切割多個切片的方法
TWI795792B (zh) 在一系列切割操作期間用線鋸從工件上切割多個薄片的方法
CN113226679B (zh) 借助于线锯生产半导体晶片的方法
US20230234149A1 (en) Method for separating a plurality of slices from workpieces by means of a wire saw during a sequence of separation processes
TWI781649B (zh) 在一系列切割操作期間用線鋸從工件上切割多個薄片的方法
JP7524362B2 (ja) 一連の切断動作中にワイヤソーによってワークピースから複数のスライスを切断するための方法

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent