专利名称：从工件同时切割多个切片的设备和方法半导体晶片是由半导体材料例如元素半导体(硅、锗)、化合物半导体(例如由周期表第III主族元素如铝、镓或铟与周期表第V主族元素如氮、磷或砷组成)或其化合物(例如SihGep(KKl)组成的切片。其被要求尤其是作为电子元件的基材，并且在平坦度、清洁度和缺陷缺乏度方面必须满足高要求。对于其他应用，要求由其他材料组成的平面切片，例如作为用于制造存储磁盘的基材的玻璃切片或者作为用于制造光电元件的基底的由蓝宝石组成的切片。该由半导体材料或其他材料组成的切片是从由各种材料组成的棒材切割成的。为了切割切片，尤其是考虑去除碎屑的加工方法，例如精研切割。去除碎屑或修琢应当根据DIN8580理解为机械加工方法，其中通过以碎屑的形式去除多余的材料而将材料加工成为所期望的形状。在此，碎屑是指从工件分离的微粒。精研根据DIN8589是使用松散地分散在液体或膏状物中的颗粒(精研悬浮液，浆料)作为磨料进行修琢，该磨料在通常形成形状的相反件(精研工具)上以单个颗粒的尽可能无方向的切割路径进行引导。材料去除是通过在精研颗粒的伸入位置形成微裂纹并剥落小的材料颗粒而对材料粘着物进行脆蚀性分离从而实现的。精研是基于工件、精研颗粒和精研工具三者之间的相互作用。精研的特征在于，工具承载物(精研盘，精研线)不包含硬物质，其以形成碎屑的方式与材料啮合。作为在精研切割时 松散地引入的精研物质，使用由金刚石、碳化硅、碳化硼、氮化硼、氮化硅、锆氧化物、二氧化硅、铝氧化物、铬氧化物、氮化钛、碳化钨、碳化钛、碳化钒及许多其他物质，以及所述物质的混合物组成的颗粒。在切割半导体晶片时重要的是，金刚石、碳化硅和铝氧化物，尤其是碳化硅，作为精研物质。在单独精研切割时，每次切割是从工件切割一个切片；在多重精研切割时则是同时切割多个切片。多重精研切割可以利用一根线进行，该线经由滚筒多次转向，从而多次与工件啮合。于是这称作单线多重精研切割。替代性地，还已知一些方法，其中许多的如同竖琴的琴弦一样牢固地在框架中绷紧的单根线穿过工件。于是这相应地称作多线多重精研切害I]。一般而言，本发明涉及从由任意的可以去除碎屑的方式加工的材料组成的任意形状的工件切割多个切片。本发明特别是涉及从由玻璃、蓝宝石或半导体材料组成的具有矩形、六边形或八边形基面的棱柱状工件或圆住体切割多个切片。下面更加深入地描述单线多重精研切割。其还缩写为衆料-线据切(SMWS, “衆料mult1-wire slicing”)。一种用于单线多重精研切割(“浆料-线锯切”)的设备包括作为主要的装置特征的锯线、至少两个彼此水平且平行地排列的锯线引导滚筒(Drahtfiihrungsrol len)、卷下线轴和卷上线轴、用于在锯线纵向上对锯线进行预先绷紧的装置、可用于将工件垂直于锯线引导滚筒的轴向着由这些轴绷紧的平面进给的进给装置以及用于以松散的硬物质在载液中的浆料的形式施加磨料的装置。锯线引导滚筒是圆柱形的，并以可绕其纵轴旋转的方式安装。其侧面具有多个以同心方式围绕轴并且彼此基本上等距离的凹槽。在浆料-线锯切时，锯线在绷紧的情况下利用凹槽以螺旋状多次经由锯线引导滚筒加以引导，从而使单根锯线段平行地排列并形成排栅(Gatter )。通过锯线弓丨导滚筒以相同方式旋转，使锯线从卷下线轴卷下，并在卷上线轴上卷上绷紧。在此，排栅的锯线段均彼此平行地沿着锯线纵向移动。下面为了简化说明，采用由半导体材料组成的圆柱形棒(半导体棒)作为工件。该半导体棒的侧面与沿轴向运行的由牺牲材料组成的例如由玻璃或石墨组成的条带(锯切条带)相粘合，并利用该条带将半导体棒以其工件轴平行于锯线引导滚筒的轴的方式夹持在进给装置中。通过以平行于锯切排栅的垂线的方式向着排栅缓慢地进给棒，使工件以其侧面与锯切条带相对的区段与排栅接触，并在工具(排栅)与工件之间在锯线横向上产生力。由于穿过该装置运行的锯切线在工件与排栅之间的相对运动，在压力和添加磨料的情况下实施材料去除。通过进一步连续进给棒保持锯线横向绷紧，使锯线排栅穿过工件的整个横截面，同时获得多个切片。可以通过排栅的锯线段以恒定的移动方向经过整个区段或者以相反的移动方向实施单线多重精研切割。在此，在连续不断地反转锯线方向的情况下进行切割具有特别的意义，因为通过方向反转避免了对于所得切片所获得的平坦度和正/反面平行度的特定缺点。锯线段的进入侧与锯线段的退出侧之间的不对称性可以通过方向反转而最终得到平衡，并由此部分地加以补偿，并且可以通过方向反转减少锯线消耗。根据朝圣者步伐 式方法(Pilgerschritt-Verfahren, “朝圣者步伐运动”,“锯线往复运动”)的锯线运行的方向反转包括以沿着第一长度的第一锯线纵向的第一锯线运动以及以沿着第二长度的与第一方向恰好相反的第二方向的第二锯线运动，其中选择第二长度小于第一长度。对于每个朝圣者步伐，总计以对应于这两个长度之和的锯线长度穿过工件，而在此与工件锯切啮合的锯线段仅从卷下线轴向着卷上线轴继续移动了对应于这两个长度之差的数值。因此，在朝圣者步伐式方法中，锯线以这两个长度之和与之差的比例加以多次使用。在穿过整个工件横截面之后，锯线排栅到达粘合在工件上的锯切条带。停止进一步进给，于是又通过反转进给方向将多重切断的工件从锯切排栅取下。于是将工件切割成多个切片，它们以等距离且彼此平行且垂直于工件轴的方式以其圆周的一部分粘合在切断一半的锯切条带上。通过以化学、加热或机械方式消除粘结结合，将切片分离，并将它们送至取决于应用的其他后续加工。例如EP0798091A2描述了用于切割半导体晶片的浆料_线锯切及其合适的装置。通过锯线精研切割实现的切割的切片的平坦度被多个效应损害。包括以下方面的效应:锯线的运动学、磨料在锯切间隙中的输送和分布、锯线和锯切颗粒的磨损。热过程对切割结果存在特别严重的影响。DE10122628公开了，通过修琢作用和摩擦过程对工件输入热量，其导致工件与锯线段之间的轴向相对运动。在圆柱形工件中，锯切线与工件啮合的长度随着锯切进程改变。因此，输入热量及因此在工件与锯线段之间的轴向相对运动随时间缓慢地(准静态地)改变。在切入工件及从工件切出时，存在啮合长度的突然改变，并且在锯线恒定地横向绷紧时产生的切割速度特别高。因此，在切入和切出时导致在工件与排栅之间特别强烈的轴向相对偏移，从而导致锯切的所有切片基本上以相同的方式及相同的程度产生相对于理想的锯切平面弯曲的平坦度偏差。该称作锯入或锯出波动的平坦度偏差是特别有害的，因为其具有长波长(几厘米)，并且在此仅小幅地损害切片的正面与背面的平行度(厚度均匀度)。因为半导体晶片在厘米(或更大)范围内显示出基本上为弹性的特性，所以通过后续加工步骤实施材料去除无法消除或者仅能不充分地消除锯入或锯出波动。如此波动的切片不适合于要求高的应用。在精研切割大工件特别是在精研切割非常大的工件成为切片时，这些非期望的热诱发的缺陷特别明显。具有大直径的工件的等面积圆在其沿着具有最小转动惯量的主轴的横截面投影时的直径(等效直径)大于或等于300mm ;具有非常大的直径的工件的等效直径大于或等于450_。JP10180750描述了一种方法，其中通过从上方喷向锯切排栅而供应至锯切间隙的磨料的温度在磨料的温度调节和温度测量的封闭的控制循环中加以调节，从而抵消随时间改变的变热现象。DE10122628B4描述了一种方法，其中利用取决于时间和切割进程调节温度的冷却剂从四面冲刷棒的侧面所有位于锯线排栅上方的部分，从而对棒材调节温度。EP0798091A2描述了一种方法，其中所供应的磨料的体积流量、粘度和棒材向着锯切排栅的进给速度取决于切割进程改变。最后，US7，959，491B2描述了一种方法，其中在从锯入直至锯出的整个切割进程中，但是取决于排栅在棒材中的即时位置，所供应的精研切割剂的温度单调地持续升高，因此取决于排栅在棒材中的位置部分地补偿了热效应。若工件是透明的或者至少在特定的光谱范围内是透明的，则则可以观察到隐藏在棒材中的切割间隙。在红外光谱范围内透明的由硅组成的棒材上的切割区域利用热成像摄像机的热成像观察表明，在锯切间隙中及在锯切间隙的长度上的热量输入是不均匀的。尤其是观察到，切割间隙中的温度随着从锯线进入直至锯线退出的啮合长度而升高。在锯线退出之前不久达到最热的点；直接在表面上在锯线退出时，可能通过在该点附近的棒材表面上的热辐射和空气对流，温度又稍微下降。因此，以非常复杂的方式沿着锯线啮合进行加热。在由硅组成的工件的切割间隙中，在锯线啮合长度上观察到超过20°C的温度升高，周围尚未切割的硅体积整体升高约5°C。若在朝圣者步伐式方法中优选实施的精研切割时锯线运行方向反转，则在锯切间隙上的热梯度以短的时间标度(几秒)反转。该动态温度波动是相当大的，以朝圣者步伐的频率短时间发生，远远超过在切割进程中仅缓慢地改变的平均工件温度。这些已知的方法仅补偿了缓慢的准静态温度变化。这不适合于补偿迅速且明显更大的温度变化及其影响，尤其是所切割的切片产生的波动。
本发明的 目的在于，提供用于从工件同时切割多个切片的设备和方法，其中在精研切割工件时尽可能补偿迅速且高的温度波动，并且尽可能避免实际切割面相对于理想切割平面的偏差。在从锯线进入直至锯线退出的啮合长度上切割间隙中由于排挤、滴落和消耗而导致磨料(浆料)损耗，并且在此不均匀地分布。其浓度和组成由于颗粒磨损和颗粒破碎而在锯线啮合的长度上改变。从锯线进入直至锯线退出，磨料的量的减少尤其是导致切割间隙的宽度减小，由此导致切割的切片的厚度在锯线运行方向上以楔形增大。该目的还在于，提供一种设备和方法，抵消在锯线啮合长度上在锯切间隙中磨料的损耗，从而不产生在锯线运行方向上厚度增大的切片。该目的是通过用于从工件同时切割多个切片的设备实现的，其包括锯线、至少两个水平且彼此平行排列并且以可绕其各自的轴旋转的方式安装的具有凹槽的圆柱形锯线引导滚筒以及进给装置，其中锯线在凹槽中围绕锯线引导滚筒加以引导，从而在锯线引导滚筒之间存在由多个彼此平行且在一个平面内运行的锯线段组成的水平排栅，此外还包括位于锯线引导滚筒上方用于将磨料喷射在锯线段上的第一喷嘴以及位于排栅下方平行于锯线引导滚筒的轴的用于将冷却剂从侧面及从下方喷射到工件的切割间隙中的第二喷嘴。该目的还是通过用于从工件同时切割多个切片的方法实现的，其包括通过线锯的进给装置以工件的轴平行于线锯的锯线引导滚筒的轴的方式保持工件；利用进给装置使工件以垂直地从上方通过线锯的排栅的方式移动，其中由多个彼此平行且在一个平面内运行的锯线段形成排栅；将硬物质在载液中的浆料作为磨料供应至锯线段，同时锯线段通过锯线引导滚筒的旋转在连续不断地改变旋转方向的情况下相对于工件实施相对运动，该相对运动引导锯线段从进入侧直至退出侧通过工件；将冷却剂从侧面及从下方喷射到在工件移动通过排栅时形成的切割间隙中，其中通过位于排栅下方与锯线引导滚筒的轴平行的喷嘴将冷却剂喷射到切割间隙中，及其中仅通过与锯线段的进入侧位置相对的喷嘴将冷却剂喷射到切割间隙中。可以使用硬物质在载液中的另一种浆料作为冷却剂。 所用的磨料和所用的冷却剂可以具有除温度以外相同的特性。所用的磨料和所用的冷却剂可以具有相同的温度。所用的磨料和所用的冷却剂可以具有不同的温度。冷却剂的温度可以在工件移动通过排栅时改变。冷却剂的温度可以取决于锯线段在工件中的锯线啮合长度而改变。冷却剂的温度可以随着锯线啮合长度的增大而升高，以及随着锯线啮合长度的减小而下降。喷入的冷却剂的体积流量可以在工件移动通过排栅时保持恒定。喷入的冷却剂的体积流量可以在工件移动通过排栅时改变。喷入的冷却剂的体积流量可以取决于锯线段在工件中的锯线啮合长度而改变。喷入的冷却剂的体积流量可以随着锯线啮合长度的增大而升高，以及随着锯线啮合长度的减小而下降。冷却润滑剂(Kiihlschmiermittel)的温度和体积流量可以通过前述的方式同时加以改变。该方法优选用于制造半导体晶片，特别优选用于制造由硅组成的半导体晶片，其直径不小于300,例如用于制造直径为450mm的娃晶片。图1所示为根据单线多重磨削切割或单线多重精研切割的原理从棒材切割切片的设备。图2所示为在使用根据图1的设备的情况下锯切线从左向右运行时在锯线啮合长度L上磨料的分配及温度的分布。图3所示为在使用根据图1的设备的情况下锯切线从右向左运行时在锯线啮合长度L上磨料的分配及温度的分布。图4所示为在使用根据图1的设备的情况下锯切线从左向右运行时锯线段排栅切入棒材中的时刻在锯线啮合长度L上磨料的分配及温度的分布。图5所示为在锯切线从左向右运行时利用位于排栅下方的喷嘴将磨料从左侧喷射至排栅及将冷却剂从右侧喷射至锯切间隙中的情况下在锯线啮合长度L上磨料和冷却剂的分配及温度的分布。图6所示为在锯切线从右向左运行时利用位于排栅下方的喷嘴将磨料从右侧喷射至排栅及将冷却剂从左侧喷射至锯切间隙中的情况下在锯线啮合长度L上磨料和冷却剂的分配及温度的分布。

因为切割间隙狭窄，并且随着切割进程的深入进行而变得非常深，喷入的冷却剂仅进入切割间隙中到特定的深度，并因此仅在特定的区域31内。通过将冷却剂从侧面及从下方喷射到切割间隙中，使区域31变得面积特别大，冷却剂的射流30的冷却作用变得特别有效。喷嘴32相对于排栅11的距离43、喷嘴32相对于工件15的表面的距离44以及冷却剂的射流30的宽度45和角取向46优选以如下方式加以设定，在切割间隙中形成调节温度的区域31，其产生在锯线啮合长度L上具有最大可能的均匀性40的温度分布T=T(L)。冷却剂优选为切割活性硬物质在水性载液或含油的载液或含有二醇的载液中的浆料。特别优选使用具有与从上方向着锯线排栅喷射的磨料相同的组成的浆料作为冷却剂。若使用该具有相同组成的浆料，则喷射冷却剂还具有在磨料损耗侧获得额外的磨料的作用。于是获得在锯线啮合长度L上磨料和冷却剂的分配S=S(L)，其对应于曲线39，并且是特别均匀的。左喷嘴29和右喷嘴32优选以如下方式排列，它们的轴41和42与工件15的轴14形成一个等腰三角形的顶点，其中轴41和42形成底边，其中该底边平行于锯线排栅11的锯线段。在图5中所示的实施例中，仅有喷嘴19在锯切线I进入工件的进入侧将磨料22喷射到排栅11上。在此时刻在相对侧的喷嘴20保持关闭。通过以箭头方向9从左向右的当前锯线移动，通过喷嘴20喷射的磨料通过锯线段的移动而从工件带走，在切割间隙中不发生切割作用。因为节约磨料，所以仅由各自位于当前锯线进入工件中的一侧的喷嘴19或20进行交替喷射是有利的。
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图6作为图5的补充显示了锯线段以箭头方向9从右向左移动的情况。在排栅11下方，现在仅打开喷嘴29，其与锯线段的进入侧位置相对。通过该喷嘴将冷却剂以射流33喷射到工件15的切割间隙13中。取决于喷嘴29相对于排栅11的距离、喷嘴29相对于工件15的表面的距离、射流33的宽度和角取向以及冷却剂的射流33的体积流量，在切割间隙13中形成特别有效地调节温度的区域34。由此，在锯线段的运行方向与图5相反的情况下，获得在锯线啮合长度L上的温度分布T=T (L)，其对应于曲线36，并且是特别均匀的。若使用其组成与所用的磨料相一致的冷却剂，则对应于曲线35的在锯线啮合长度L上磨料和冷却剂的分配S=S(L)同样是非常均匀的。根据本发明的方法优选包括根据朝圣者步伐式方法实施的单线多重精研切割，而根据本发明的方法的朝圣者步伐优选由在图5和图6中所示步骤的序列组成:在第一子步骤中，锯切线以箭头方向9从左向右运行。在此，磨料的射流22喷射到排栅11上。同时将位于排栅11下方的与锯线段的进入侧位置相对的右喷嘴32打开，并将冷却剂的射流30喷射到切割间隙13的区域31中。在此期间，位于锯线排栅上方的喷嘴20和位于排栅下方的喷嘴29是关闭的。代替性地，也可以将位于锯线排栅上方的喷嘴20打开。在第二子步骤中，锯切线从右向左运行。在此，磨料的射流23喷射到排栅11上。同时将位于排栅11下方的与锯线段的进入侧位置相对的左喷嘴29打开，并将冷却剂的射流33喷射到切割间隙13的区域34中。在此期间，位于锯线排栅上方的喷嘴19和位于排栅下方的喷嘴32是关闭的。代替性地，也可以将位于锯线排栅上方的喷嘴19打开。
喷嘴29和32分别与排栅11之间的最佳距离、喷嘴29和32分别与工件表面之间的最佳距离、射流30和33的最佳的宽度和角取向以及分别通过喷嘴29和32喷射的冷却剂的最佳体积流量例如通过以各自改变的排列方式进行试切割并利用热成像摄像机评估所获得的温度分布以及通过测量所得的切片在锯线纵向上的楔形度评估所获得的磨料和冷却剂的分配加以确定。该最优化过程对于锯切类型独立地实施，因为锯线引导滚筒的数量、尺寸和距离(排栅长度)、喷嘴19和20的种类和排列方式以及周围的机器外壳的热状况是根据设计系列而不同的，因此对于最佳的冷却以及磨料和冷却剂的分配具有不同的作用。最优化过程还 可以伴随着生产进行，即不会由于试切割而损失产率。


从工件同时切割多个切片的设备和方法。该方法包括通过线锯的进给装置以工件的轴平行于线锯的锯线引导滚筒的轴的方式保持工件；利用进给装置使工件以垂直地从上方通过线锯的排栅的方式移动，由多个彼此平行且在一个平面内运行的锯线段形成排栅；将硬物质在载液中的浆料作为磨料供应至锯线段，同时锯线段通过锯线引导滚筒的旋转在连续不断地改变旋转方向的情况下相对于工件实施相对运动，其引导锯线段从进入侧直至退出侧通过工件；将冷却剂从侧面及从下方喷射到在工件移动通过排栅时形成的切割间隙中，其中通过位于排栅下方与锯线引导滚筒的轴平行的喷嘴将冷却剂喷射到切割间隙中，仅通过与锯线段的进入侧位置相对的喷嘴将冷却剂喷射到切割间隙中。