ITUD20120073A1 - Dispositivo e procedimento per tenere posizionato uno strato di materiale semiconduttore, per la produzione di celle fotovoltaiche, rispetto ad un supporto - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"DISPOSITIVO E PROCEDIMENTO PER TENERE POSIZIONATO UNO STRATO DI MATERIALE SEMICONDUTTORE, PER LA PRODUZIONE DI CELLE FOTOVOLTAICHE, RISPETTO AD UN SUPPORTO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce al settore della produzione di celle fotovoltaiche, ed in particolare ad un dispositivo e al relativo procedimento per tenere posizionato uno o più strati di materiale semiconduttore, ad esempio silicio reso conduttivo, detti anche wafer, su un supporto, chiamato anche "chuck" dalle persone esperte del ramo, per permettere la manipolazione dei suddetti strati durante i diversi processi di lavorazione.

STATO DELLA TECNICA

Nei processi produttivi di celle fotovoltaiche è noto un dispositivo per tenere posizionati uno o più strati di un materiale semiconduttore, come ad esempio silicio, chiamati anche wafer, rispetto ad un proprio supporto, chiamato anche nido, durante le diverse fasi di lavorazione . Fra i diversi dispositivi noti, alcuni utilizzano una depressione, ossia un pressione molto al di sotto di quella atmosferica, ad esempio dell'ordine di —7 —8

10 /IO mbar, che viene creata sul supporto per tenere i wafer contro la superficie d'appoggio superiore del supporto stesso. Tale soluzione nota non è però applicabile quando i wafer hanno uno spessore molto esiguo, ad esempio inferiore o uguale a 150μπι e hanno quindi una consistenza limitata. Infatti, con una depressione, soprattutto se questa è molto forte, generata in prossimità del wafer, si potrebbero formare crepe o fenditure (microfratture) sulla superficie di quest'ultimo, rendendolo così praticamente inutilizzabile, perché si alterano le prestazioni della cella fotovoltaica ed in particolare alcuni parametri elettrici come la resistenza di shunt (Rsh) e/o l'efficienza.

Inoltre, l'utilizzo della depressione, o vuoto, come mezzo per tenere i wafer, può portare anche all'inquinamento del wafer stesso. Una cinghia traspirante, a causa dell 'utilizzo del vuoto, tende a trattenere particelle (residui di pasta non asciutta), che sono difficilmente rimovibili anche dopo accurata pulizia. Nella tecnica attuale, i wafer in materiale semiconduttore sono tendenzialmente sempre più sottili e di conseguenza molto fragili, per cui si possono rompere facilmente, anche quando sono sottoposti a deboli sollecitazioni meccaniche, o carichi torsionali di lieve entità. Per questi motivi i wafer devono essere manipolati con estrema cura e attenzione durante ogni fase di lavorazione per la produzione di circuiti elettronici, come ad esempio le celle fotovoltaiche.

Inoltre, sono anche note le pubblicazioni brevettali US 7,652,867 B2 e WO 2010/065070 A2, che descrivono due diverse soluzioni per realizzare dispositivi di posizionamento per wafer in materiale semiconduttore, che si basano sulla generazione di una forza elettrostatica. Entrambi i dispositivi noti sono però complessi e non sono facilmente e proficuamente applicabili alla produzione di celle fotovoltaiche.

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo e mettere a punto un relativo procedimento, per tenere selettivamente ed almeno temporaneamente posizionato in modo stabile, almeno uno strato di materiale semiconduttore per la produzione di celle fotovoltaiche, rispetto ad un supporto, senza che lo strato stesso sia soggetto a carichi eccessivi, che potrebbero danneggiarlo, per esempio causando l'insorgere di crepe, o spaccature, superficiali, o profonde.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questo ed ulteriori scopi e vantaggi la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell'idea di soluzione principale.

Il dispositivo, secondo il presente trovato, è adatto a tenere posizionato almeno uno strato, o wafer, di materiale semiconduttore, come ad esempio silicio reso conduttivo, per la produzione di celle fotovoltaiche, rispetto ad un supporto, e secondo una caratteristica principale, comprende mezzi di generazione adatti a generare una forza di induzione elettrostatica sufficiente a tenere fermo, almeno temporaneamente, il suddetto strato contro una superficie d'appoggio del supporto.

Secondo una caratteristica secondaria del presente trovato, i suddetti mezzi di generazione comprendono una punta adatta ad essere caricata elettronicamente e disposta esternamente e in prossimità dello strato.

In alternativa, secondo un'altra caratteristica secondaria del presente trovato, i suddetti mezzi di generazione comprendono uno o più elettrodi disposti all'interno del suddetto supporto.

In questo modo, in entrambi i casi, viene sfruttato il principio dell'induzione elettrostatica, che, com'è noto, consente di utilizzare un primo oggetto caricato elettricamente (ad esempio la suddetta punta, o il suddetto elettrodo) per caricare elettricamente anche un secondo oggetto (nella fattispecie lo strato), senza contatto tra i due oggetti.

In particolare l'induzione elettrostatica avviene quando l'oggetto carico (definito corpo inducente), viene posto vicino ad un conduttore (quindi non ad un isolante) elettricamente neutro, (definito corpo indotto). Così sull'estremità di quest'ultimo vicina al corpo inducente, si induce una carica (definita carica indotta) di segno opposto a quella posseduta dal corpo inducente. Una carica dello stesso segno di quella posseduta dal corpo inducente, si induce invece sull'estremità del corpo indotto, lontana dal corpo inducente.

La carica indotta risulta tanto più intensa quanto più grande è la carica induttrice e quanto minore è la distanza tra il corpo inducente e il corpo indotto. La carica complessiva del corpo indotto rimane zero, trattandosi semplicemente di una ridistribuzione delle cariche, ossia di un loro spostamento da una parte all'altra della superficie del corpo indotto, e non di un acquisto o di una cessione di elettroni. Ovviamente se si allontana il corpo induttore, le cariche indotte alle due estremità del conduttore (corpo indotto) spariscono.

Nei materiali isolanti invece, non vi sono elettroni liberi, e la presenza vicino ad essi di un corpo elettrizzato non può dare luogo a fenomeni di induzione elettrostatica. In questo caso, nell'isolante, o dielettrico, si verifica il cosiddetto fenomeno della polarizzazione, in base al quale ogni molecola tende a deformarsi e a orientarsi, diventando così un dipolo. Le molecole restano nel complesso elettricamente neutre, però sono elettricamente deformate, cioè presentano due polarità di segno opposto. Un isolante in tali condizioni si dice polarizzato.

Vantaggiosamente, il procedimento per tenere posizionato almeno uno strato di materiale semiconduttore, per la produzione di celle fotovoltaiche, rispetto ad un supporto, secondo il presente trovato, può avvenire in aria e alla pressione atmosferica, anziché in condizioni di vuoto, come invece avviene nei procedimenti noti.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 è una vista schematica di una prima forma di realizzazione di un dispositivo secondo il presente trovato;

- la fig. 2 è una vista schematica di una seconda forma di realizzazione di un dispositivo secondo il presente trovato.

Nella descrizione che segue, numeri di riferimento uguali indicano parti uguali del dispositivo, anche in forme di realizzazioni diverse fra loro.

DESCRIZIONE DI DUE FORME DI REALIZZAZIONE DEL PRESENTE

TROVATO

Con riferimento alla fig. 1 è descritta una prima forma esemplificativa di realizzazione di un dispositivo 10 secondo il presente trovato, il quale è adatto a mantenere fermo un modulo multistrato, o wafer 11, che nella fattispecie comprende uno strato 12 di silicio ed uno strato in materiale isolante, o dielettrico 13, rispetto ad una superficie di appoggio 15 di un supporto, o nido 16, in materiale isolante, durante le fasi di fabbricazione di una cella fotovoltaica, di tipo noto, o che sarà sviluppato in futuro, e che pertanto non viene qui descritto.

Anche il supporto 16 può essere di qualsiasi tipo noto, come ad esempio un nastro di carta di materiale poroso, o una cinghia di trasmissione, come quelli descritti nel brevetto italiano per invenzione industriale N° 1.359.343, depositato il 17.11.2005.

In fig. 1, per una maggiore chiarezza, gli strati 12 e 13 sono rappresentati staccati uno dall'altro e dal supporto 16, anche se nella realtà sono a contatto fra loro.

Il dispositivo 10 comprende una punta 17, adatta ad essere caricata elettronicamente in modo che la sua estremità appuntita generi cariche negative.

La punta 17 è adatta ad essere posta ad una distanza D, compresa fra 1 mm e 10 mm, ad esempio di circa 5 mm, da una superficie prossimale 18 dello strato 12, in modo che in quest'ultimo venga indotta una carica positiva, mentre su una sua superficie distale 19 viene indotta una corrispondente carica negativa.

Contemporaneamente, su una superficie prossimale 20 dello strato dielettrico 13, si verifica invece il fenomeno della polarizzazione e la superficie prossimale 20 si carica positivamente, mentre non appare nessuna carica su una superficie distale 21 dello strato dielettrico 13.

In accordo con una seconda forma di realizzazione, rappresentata in fig. 2, un dispositivo 110, secondo il presente trovato, adatto a mantenere fermo lo strato 12 del wafer 11 rispetto alla superficie di appoggio 15 del supporto 16, comprende un primo elettrodo 31 e un secondo elettrodo 32, entrambi inseriti all'interno del supporto 16, ognuno per una lunghezza L, compresa fra 10 mm e 100 mm, ad esempio di circa 50 mm, e sono disposti paralleli alla superficie di appoggio 15. Inoltre, entrambi gli elettrodi 31 e 32 sono posizionati ad una distanza S, compresa fra 5 mm e 15 mm, ad esempio di circa di 8 mm, dalla superficie di appoggio 15.

In fig. 2, per una maggiore chiarezza, il wafer 11 e il supporto 16 sono rappresentati staccati uno dall'altro, anche se nella realtà sono a contatto fra loro.

Per tenere posizionato il wafer 11 rispetto al supporto 16, il primo elettrodo 31 viene caricato positivamente, mentre il secondo elettrodo 32 viene caricato negativamente. Analogamente al dispositivo 10, grazie ai fenomeni dell'induzione e della polarizzazione, sul wafer 11 si ottiene una ridistribuzione della carica, come illustrato in fig. 2, ossia con cariche positive in corrispondenza del primo elettrodo 31 e cariche negative in corrispondenza del secondo elettrodo 32.

Pertanto, il relativo procedimento secondo il presente trovato, per tenere posizionato lo strato 12 rispetto al supporto 16, comprende una fase in cui sono previsti mezzi di generazione, che nella fattispecie comprendono la punta 17, oppure almeno un elettrodo 31, o 32, per generare una forza di induzione elettrostatica sufficiente a tenere, almeno temporaneamente, lo strato 12 fermo rispetto alla superficie di appoggio 15 del supporto 16 (detta anche fase di "chucking"). I suddetti mezzi di generazione comprendono una punta (17) caricata elettronicamente.

In particolare, la punta 17 viene disposta alla distanza D dalla superficie prossimale 18 dello strato 12, e caricata negativamente.

Nel caso degli elettrodi 31 e 32, almeno uno di essi viene inserito nel supporto 16 e quindi caricato elettronicamente.

I due elettrodi 31 e 32 vengono disposti sostanzialmente allineati fra loro alla distanza S dalla superficie di appoggio 15 del supporto 16, vengono caricati uno positivamente e l'altro negativamente.

II presente trovato prevede anche lo scarico del wafer 11, noto anche come "de-chucking", che prevede le seguenti fasi:

1. spegnere il voltaggio del chucking;

2. polarizzare gli elettrodi 31 e 32 in maniera inversa in modo tale da cancellare le cariche; nel caso rimanga una concentrazione di carica residua sul wafer 11 si può eventualmente applicare anche un voltaggio di intensità variabile (tecnica nota nel settore dei semiconduttori). Eventualmente, per aiutare il distacco, si può anche utilizzare un flusso di gas da sotto il wafer 11 (preferibilmente gas inerte He, o Ar, ma anche aria).

Inoltre, sempre per facilitare il distacco, a fine ciclo può essere inserito un dispositivo di tipo noto, detto "spoiler", come ad esempio del tipo descritto nella domanda di brevetto italiano per invenzione industriale UD2010A000163 che la Richiedente ha depositato il 13.09.2010.

È chiaro che al dispositivo 10, 110 ed al relativo procedimento fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, o di fasi, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato.

Per esempio, al posto dei due elettrodi 31 e 32, potrebbe essere inserito nel supporto 16 un solo elettrodo, caricato positivamente, oppure negativamente. È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento a due esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti del dispositivo, o del relativo procedimento, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni allegate e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo adatto a tenere posizionato almeno uno strato (12) di materiale semiconduttore, per la produzione di celle fotovoltaiche, rispetto ad un supporto (16), caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di generazione (17, 31, 32) adatti a generare una forza di induzione elettrostatica sufficiente a tenere fermo, almeno temporaneamente, detto strato (12) rispetto ad una superficie di appoggio (15) di detto supporto (16).
2. 2. Dispositivo come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di generazione comprendono una punta (17) caricata elettronicamente.
3. 3. Dispositivo come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta punta (17) è caricata negativamente.
4. 4. Dispositivo come nella rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detta punta (17) è disposta ad una determinata distanza (D), compresa fra 1 mm e 10 mm, da una superficie prossimale (18) di detto strato (12).
5. 5. Dispositivo come nella rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti mezzi di generazione comprendono almeno un elettrodo (31, 32), caricato elettronicamente ed inserito in detto supporto (16).
6. 6. Dispositivo come nella rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che detti mezzi di generazione comprendono almeno due elettrodi (31, 32), uno caricato positivamente ed un altro caricato negativamente, disposti sostanzialmente allineati fra loro ad una determinata distanza (S), compresa fra 5 mm e 15 mm, da detta superficie di appoggio (15) di detto supporto (16).
7. 7. Procedimento per tenere posizionato almeno uno strato (12) di materiale semiconduttore, per la produzione di celle fotovoltaiche, rispetto ad un supporto (16), caratterizzato dal fatto che comprende una fase in cui mezzi di generazione (17, 31, 32) sono previsti per generare una forza di induzione elettrostatica sufficiente a tenere, almeno temporaneamente, detto strato (12) fermo rispetto ad una superficie di appoggio (15) di detto supporto (16).
8. 8. Procedimento come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di generazione comprendono una punta (17) caricata elettronicamente.
9. 9. Procedimento come nella rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta punta (17) viene caricata negativamente.
10. 10. Procedimento come nella rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che detta punta (17) viene disposta ad una determinata distanza (D), compresa fra 1 mm e 10 mm, da una superficie prossimale (18) di detto strato (12).
11. 11. Procedimento come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di generazione comprendono almeno un elettrodo (31, 32), che viene inserito in detto supporto (16) e quindi caricato elettronicamente.
12. 12. Procedimento come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di generazione comprendono almeno due elettrodi (31, 32), che vengono disposti sostanzialmente allineati fra loro ad una determinata distanza (S), compresa fra 5 mm e 15 mm, da detta superficie di appoggio (15) di detto supporto (16), e che un primo di detti due elettrodi (31) viene caricato positivamente, mentre un secondo di detti due elettrodi (32) viene caricato negativamente,