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化学机械抛光在制造铝镜和太阳能电池?#26800;?#29992;途.pdf

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化学 机械抛光 制造 太阳能电池 ?#26800;?用途
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摘要
申请专利号:

CN200680023157.X

申请日:

2006.06.22

公开号:

CN101208178A

公开日:

2008.06.25

当前法律状态:

驳回

?#34892;?#24615;:

无权

法?#19978;?#24773;: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):B24B 13/015申请公布日:20080625|||实质审查的生效|||公开
IPC分类号: B24B13/015; B24B37/04; B24D13/04 主分类号: B24B13/015
申请人: 卡伯特微电子公司
发明人: 弗拉斯塔·布鲁西克; 理查德·詹金斯; 克里斯托弗·汤普森
地址: 美国伊利诺伊州
优?#28909;ǎ?/td> 2005.6.30 US 11/173,518
专利代理机构: ?#26412;?#24066;柳沈律师事务所 代理人: 宋 莉
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法律状态
申请(专利)号:

CN200680023157.X

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2016.10.05|||2008.08.20|||2008.06.25

法律状态类型:

发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及一种抛光含铝基板的表面的方法,其包括将该基板的表面与抛光垫及包含研磨剂、对铝进行氧化的试剂及液体载体的抛光组合物接触,并研磨该表面的至少一部分以自该基板移除至少一些铝且抛光该基板的该表面,其中该研磨剂为微粒状且悬浮于该液体载体中。

权利要求书

权利要求书
1.  一种抛光含铝基板的表面的方法,该方法包括:
(i)提供含铝基板,
(ii)提供抛光垫,
(iii)提供抛光组合物,该抛光组合物包含:
(a)选自二氧化硅、二氧化铈及氧化锆的研磨剂,
(b)对铝进行氧化的试剂,及
(c)液体载体,其中该研磨剂为微粒状且悬浮于该液体载体中,
(iv)将该基板的表面与该抛光垫及该抛光组合物接触,及
(v)研磨该基板的该表面的至少一部分以自该基板移除至少一些铝且抛光该基板的该表面。

2.  权利要求1的方法,其中该基板由铝构成。

3.  权利要求1的方法,其中该基板由铝合金构成。

4.  权利要求3的方法,其中该铝合金为6000系列铝合金。

5.  权利要求4的方法,其中该铝合金为6061 T6铝合金。

6.  权利要求1的方法,其中该抛光垫由选自以下的聚合物树脂构成:?#20154;?#24615;弹性体、?#20154;?#24615;聚氨酯、?#20154;?#24615;聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性体橡胶、弹性体聚乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰?#21069;貳?#32858;芳酰胺、聚亚芳基、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、及其混合物。

7.  权利要求6的方法,其中该抛光垫由?#20154;?#24615;聚氨酯构成。

8.  权利要求1的方法,其中该研磨剂为热解二氧化硅、沉淀二氧化硅或缩聚二氧化硅。

9.  权利要求8的方法,其中该对铝进行氧化的试剂选自过硫酸铵、过氧化氢、过氧单硫酸硫酸氢钾及过乙酸。

10.  权利要求9的方法,其中该抛光组合物进一步包含有机酸。

11.  权利要求1的方法,其中该研磨剂以基于该抛光组合物的总重量的0.1重量%至20重量%的量存在于该抛光组合物中。

12.  权利要求11的方法,其中该研磨剂以基于该抛光组合物的总重量的1重量%至10重量%的量存在于该抛光组合物中。

13.  权利要求1的方法,其中该对铝进行氧化的试剂选自过硫酸铵、过氧化氢、过氧单硫酸硫酸氢钾及过乙酸。

14.  权利要求1的方法,其中该抛光组合物进一步包含有机酸。

15.  权利要求14的方法,其中该有机酸为丁二酸。

16.  权利要求1的方法,其进一步包括在将该基板的该表面与该抛光垫及该抛光组合物接触之前的预抛光该铝表面的步骤。

17.  权利要求16的方法,其中该预抛光该基板的该表面的步骤通过该表面的金刚石车削而实现。

18.  权利要求16的方法,其中该预抛光该基板的该表面的步骤通过研光(lapping)而实现。

19.  权利要求1的方法,其中该表面经抛光以提供具有预定表面粗糙度的经抛光表面。

20.  权利要求1的方法,其中该表面为基本上平坦的。

21.  一种根据权利要求1的方法制造的镜。

22.  一种抛光含铝基板的表面的方法,该方法包括:
(i)提供含铝基板,
(ii)提供抛光垫,该抛光垫包含:(A)弹性副衬垫及(B)与该弹性副衬垫基本上共同?#30001;?#30340;聚合抛光薄膜,其中该聚合抛光薄膜包含抛光表面及与该弹性副衬垫可剥离地结合的背面,
(iii)提供抛光组合物,该抛光组合物包含:
(a)选自二氧化硅、二氧化铈及氧化锆的研磨剂,
(b)对铝进行氧化的试剂,及
(c)液体载体,其中该研磨剂为微粒状且悬浮于该液体载体中,
(iv)将该基板的表面与该抛光垫的该抛光表面及该抛光组合物接触,及
(v)研磨该基板的该表面的至少一部分以自该基板移除至少一些铝且抛光该基板的该表面。

23.  权利要求22的方法,其中该基板由铝构成。

24.  权利要求22的方法,其中该基板由铝合金构成。

25.  权利要求24的方法,其中该铝合金为6000系列铝合金。

26.  权利要求25的方法,其中该铝合金为6061 T6铝合金。

27.  权利要求22的方法,其中该弹性副衬垫由?#20154;?#24615;聚氨酯构成。

28.  权利要求22的方法,其中该聚合抛光薄膜包含选自聚碳酸酯、聚酯、尼龙、聚氯乙烯及其组合的材料。

29.  权利要求22的方法,其中该研磨剂为热解二氧化硅、沉淀二氧化硅或缩聚二氧化硅。

30.  权利要求29的方法,其中该对铝进行氧化的试剂选自过硫酸铵、过氧化氢、过氧单硫酸硫酸氢钾及过乙酸。

31.  权利要求30的方法,其中该抛光组合物进一步包含有机酸。

32.  权利要求22的方法,其中该研磨剂以基于该抛光组合物的总重量的0.1重量%至20重量%的量存在于该抛光组合物中。

33.  权利要求32的方法,其中该研磨剂以基于该抛光组合物的总重量的1重量%至10重量%的量存在于该抛光组合物中。

34.  权利要求22的方法,其中该对铝进行氧化的试剂选自过硫酸铵、过氧化氢、过氧单硫酸硫酸氢钾及过乙酸。

35.  权利要求22的方法,其中该抛光组合物进一步包含有机酸。

36.  权利要求35的方法,其中该有机酸为丁二酸。

37.  权利要求22的方法,其进一步包含在将该基板的该表面与该抛光垫及该抛光组合物接触之前的预抛光该铝表面的步骤。

38.  权利要求37的方法,其中该预抛光该基板的该表面的步骤通过该表面的金刚石车削而实现。

39.  权利要求37的方法,其中该预抛光该基板的该表面的步骤通过研光而实现。

40.  权利要求22的方法,其中该表面经抛光以提供具有预定表面粗糙度的经抛光表面。

41.  权利要求22的方法,其中该表面为基本上平坦的。

42.  权利要求22的方法,其中该表面为凹面。

43.  权利要求22的方法,其中该表面为凸面。

44.  一种根据权利要求22的方法制造的镜。

说明书

说明书化学机械抛光在制造铝镜和太阳能电池?#26800;?#29992;途
技术领域
本发明涉及一种抛光含铝基板的表面的方法。
背?#20985;?#26415;
金属镜在光学领域中具有多种应用。通常,镜面是通过将金属涂层涂覆至由另一种金属或另一种材料(诸如玻璃)组成的基板上而形成。当温度变化时,诸如在不同空间及军事应用中,镜组分膨胀与收缩的不同速?#23454;?#33268;镜面的尺寸不稳定性。一种解决方法是抛光由单一金属或金属合金组成的基板的表面,其消除了由热性质差异造成的问题且为该基板提供了金属的机械强度及刚性。由于铝的轻度、低成本及与常规表面形成工艺的相容性,因此其为一种优选的金属。这类镜在光学应用?#26800;?#24615;能在很大程度上取决于需高度均匀以使由表面?#36824;?#21017;所造成的光散射最小化的表面。
与光学性能有关的表面粗糙度?#38382;?#19981;仅包括平均表面粗糙度(Ra)或均方根表面粗糙度(Rq),?#19968;?#21253;括包含Rmax和/或Rz的重要?#38382;max是在给定取样区域内的最大峰谷高度,其中峰表示表面上的高点且谷表示表面上的刮痕深度。Rz是在若干不同取样区域内所量测的Rmax的平均值。不仅对于良好的光学性能而言平均表面粗糙度必须是低的,且为使光散射最小化,Rz、Rmax或相关?#38382;?#20063;必须是低的。
用于镜制造的现有方法试图通过将无电镍层电镀至镜基板上且接着使用光学技术抛光该第二金属层以提供具有?#26723;?#30340;光散射的表面来弥补由形成的有缺点的金属表面所导致的缺陷。然而,由于这类镜再次由不同金属构成,因此在不同于室温的温度下的双金属应力损害了镜的机械与光学稳定性。此外,该第二金属层的制造增加了制造过程的显著复?#26377;?#21450;费用。
高度抛光的铝表面在太阳能电池制造领域具有额外的应用。镜阵列通常用于将太阳辐射集中于光电太阳能电池上以改?#30002;?#25442;效率。由于通过镜面上的表面?#36824;?#21017;的光衍射导致入射太阳辐射向电能的转换效?#24335;档停?#22240;此用于经济地生产由铝组成的高反射表面的改良方法可促进太阳能电池技术的发展。
通常使用两种方法抛光铝表面。在光学领域,单点金刚石车削已使用多年以生产适用于反射红外(例如长波长)光的铝镜。在单点金刚石车削中,在与精确定位的金刚石切削工具接触时对铝基板进行旋转。该金刚石切削工具自该基板的表面″削落″非常薄的铝层以形成具有精?#26041;?#23450;几何形状的表面。然而,该金刚石切削工具产生由于光散射(具体地说是在较短波长)而损害光学性能的微观凹槽。此外,单点金刚石车削为昂贵且非常耗时的过程,其仅适用于特定光学组件的少量生产。
用于抛光铝基板的最常使用的过程为研光(lapping)。在研光中,使用研磨颗粒浆-通常为水或油载体?#26800;?#27687;化铝或碳化硅-来通过相对于铝表面移动称作研光面(lapp)的抛光表面(其两者之间具有研磨浆)而对该铝表面进行抛光,以通过该研磨剂的机械作用研磨该表面。然而,研光产生易于在经抛光表面上形成微痕的铝屑,造成对于光学应用而言不可接受的表面缺陷度。
化学-机械抛光或平坦化(CMP)长期用于电子工业中来抛光或平坦化?#19988;?#20307;或硬磁盘的表面。通常,?#19988;?#20307;或硬磁盘包含以第一镍-磷层涂布的铝基板。通常在以诸如钴-磷的磁层涂布之前通过CMP方法研磨以减少表面波纹及粗糙度,从而使该镍-磷层平坦化。该镍-磷层具有高度均匀的微观结构及显著区别于铝及铝合金的特定化学性?#21097;?#38109;及铝合金具有与镍-磷不同的表面化学及包含遍布矩阵分散的微晶的不均匀微观结构。此外,CMP严生微痕且在基板表面上留下?#24230;?#30340;研磨颗粒,在光学应用中这类缺陷是不可容忍的。
因此,需要?#34892;?#19988;经济的方法将铝表面抛光至适用于可见光与紫外光的无衍射反射的表面粗糙度的严格标准。本发明提供这样的方法。本发明的这些及其他有利之处及另外的发明特征将通过在此提供的对本发明的描述而变得显而易见。
发明内容
本发明提供一种抛光含铝基板的表面的方法,该方法包括:(i)提供含铝基板,(ii)提供抛光垫,(iii)提供抛光组合物,该抛光组合物包含(a)选自二氧化硅、二氧化铈及氧化锆的研磨剂,(b)对铝进行氧化的试剂,及(c)液体载体,其中该研磨剂为微粒状且悬浮于该液体载体中,(iv)将该基板的表面与该抛光垫及该抛光组合物接触,及(v)研磨该基板的该表面的至少一部分以自该基板移除至少一些铝且抛光该基板的该表面。
本发明进一步提供一种抛光含铝基板的表面的方法,该方法包括:(i)提供含铝基板,(ii)提供抛光垫,该抛光垫包含(A)弹性副衬垫及(B)与该弹性副衬垫基本上共同?#30001;?#30340;聚合抛光薄膜,其中该聚合抛光薄膜包含抛光表面及与该弹性副衬垫可剥离地结合的背面,(iii)提供抛光组合物,该抛光组合物包含(a)选自二氧化硅、二氧化铈及氧化锆的研磨剂,(b)对铝进行氧化的试剂,及(c)液体载体,其中该研磨剂为微粒状且悬浮于该液体载体中,(iv)将该基板的表面与该抛光垫的该抛光表面及该抛光组合物接触,及(v)研磨该基板的该表面的至少一部分以自该基板移除至少一些铝且抛光该基板的该表面。
具体实施方式
本发明提供一种抛光含铝基板的表面的方法。该方法包括:(i)提供含铝基板,(ii)提供抛光垫,(iii)提供抛光组合物,(iv)将基板的表面与该抛光垫及该抛光组合物接触,及(v)研磨该基板的该表面的至少一部分以自该基板移除至少一些铝且抛光该基板的该表面。该抛光组合物包含:(a)选自二氧化硅、二氧化铈及氧化锆的研磨剂,(b)对铝进行氧化的试剂,及(c)液体载体,其中该研磨剂为微粒状且悬浮于该液体载体中。
该基板包含铝。该基板可包含纯铝或铝合金。多种铝合金是可购得的,其各自特征在于除铝外的不同元素的存在及在其生产中使用的特定工艺。铝合金进一步细分为铸造合金与锻制合金,其中铸造合金倾向于用于使用熔融合金的模制过程,且锻制合金倾向于用于固体合金的机械成形过程。锻制合金通常进一步经热处理以改变合金的机械性质(如硬度)。任何铝合金均适用于本发明的方法中。优选地,该基板包含6000系列铝合金,其中术语″6000系列″是指铝业协会(Aluminum Association)对特定的铝合金组的命名。更优选地,该铝合金是6061 T6铝合金,其额外包含较少量的硅、铁、铜、锰、镁、铬、锌及?#36873;?
该抛光垫(如抛光表面)可为任?#38382;?#21512;的抛光垫,其中许多是本领域中已知的。该抛光垫可为常规的整片(one-piece)抛光垫,其中该抛光垫的表面与正经抛光的基板表面相接触。适合的抛光垫包括,例如,编织与非编织抛光垫。此外,适合的抛光垫可包含具有不同密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩时的回弹能力及压缩模量的任?#38382;?#21512;的聚合物。优选地,该抛光垫由选自?#38109;械?#32858;合物树脂构成:?#20154;?#24615;弹性体、?#20154;?#24615;聚氨酯、?#20154;?#24615;聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性体橡胶、弹性体聚乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰?#21069;貳?#32858;芳酰胺、聚亚芳基(polyarylene)、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、及其混合物。更优选地,该抛光垫由?#20154;?#24615;聚氨酯构成。
任何特定抛光垫的选择将部分视其用于的特定应用而定。举例而言,抛光具有曲率的表面需要使用的抛光垫比抛光较平坦表面适用的抛光垫具有更低的硬度等?#19969;?
在一个实施方案中,该抛光垫包含弹性副衬垫及与该弹性副衬垫基本上共同?#30001;?#30340;聚合抛光薄膜,其中该聚合抛光薄膜包含抛光表面及与该弹性副衬垫可剥离地结合的背面。本文关于抛光薄膜所使用的术语″薄膜″是指具有0.5mm或更小厚度的材料。若抛光薄膜以使得在抛光期间该抛光薄膜自该弹性副衬垫的移除不显著改动直接位于所使用的抛光表面的一部分以下的副衬垫表面的任何部分的方式与该弹性副衬垫结合,则认为其与该弹性副衬垫″可剥离地结合″。该聚合抛光薄膜可使用或不使用胶粘剂化合物而与该弹性副衬垫可剥离地结合。本文所使用的术语″胶粘剂″是指任何公知种类的粘合材料,诸如胶、环氧树脂、热熔性胶粘剂、压敏胶粘剂及其类似物。举例而言,通过将聚合抛光薄膜置放于弹性副衬垫上,该聚合抛光薄膜的背面可与该弹性副衬垫可剥离地结合,其中在该聚合抛光薄膜的背面与该弹性副衬垫的表面之间不存在插入层(例如,无胶粘剂层)。该聚合抛光薄膜是通过(例如)摩擦或静电相互作用而固持于该弹性副衬垫上的适当位置。可选择地,可穿过该弹性副衬垫施加真空以将该聚合抛光薄膜固持于该弹性副衬垫的表面。该真空可穿过该弹性副衬垫的?#32043;?例如通过使用多孔副衬垫)或穿过形成于该弹性副衬垫?#26800;墓档?#32780;施加。对于本领域技术人员来说,将聚合抛光薄膜的背面与弹性副衬垫可剥离地结合的其他方法是显而易见的。
该抛光垫可进一步包含定位于聚合抛光薄膜背面与弹性副衬垫之间的胶粘剂化合物,其限制条件为胶粘剂理想上仅定位于副衬垫的一个或多个区域,所述副衬垫的一个或多个区域安置于在抛光期间不使用的抛光表面的一个或多个区域之下。举例而言,对于在抛光期间基板仅在抛光垫中心的周边区域接触抛光垫的应用,该胶粘剂化合物可定位于弹性副衬垫的中心部分。类似地,对于在抛光期间仅抛光垫的中心部分接触基板的应用,该胶粘剂可定位于弹性副衬垫的周边部分。优选的胶粘剂是促进将聚合抛光薄膜自弹性副衬垫简便移除的那些胶粘剂,诸如已知的弱粘性胶粘剂及双面胶带。
该聚合抛光薄膜可具有任?#38382;?#21512;的硬度。一般而言,该聚合抛光薄膜具?#26800;?#30828;度应使得该薄膜基本上符合存在于含铝基板的表面上的任?#31283;?#23616;拓扑,而非基本上符合全局拓?#22235;?#30340;局部缺陷(例如,否则将中断连续拓扑的凹陷或突起)。优选地,该聚合抛光薄膜包含选自聚碳酸酯、聚酯、尼龙、聚氯乙烯及其组合的材料。
任?#38382;?#21512;的副衬垫可与本发明结合使用。任何特定副衬垫的选择将部分视其用于的特定应用而定(例如,用于平坦或弯曲表面的抛光)。适合的副衬垫材料包括一种或多种先前关于抛光垫所确定的任何聚合物。通常,副衬垫由?#20154;?#24615;聚氨酯构成。
弹性副衬垫可具有任?#38382;?#21512;厚度。通常,弹性副衬垫具?#26800;?#21402;度为0.1mm或更大,诸如0.5mm或更大、或甚至0.8mm或更大(例如1mm或更大)。还可使用更厚的弹性副衬垫,诸如厚度为2mm或更大,诸如4mm或更大、或甚至6mm或更大(例如8mm或更大)的副衬垫。
抛光垫可经配置以通过在该垫中提供电磁辐射(例如,可见或红外光)可穿过其传播的通路而与终点检测技术结合使用。举例而言,可移除一部分副衬垫以在该副衬垫中提供缝隙使光通过到达聚合抛光薄膜,或可由对光透明或半透明的材料替代副衬垫的一部分以在该副衬垫中提供窗口。可选择地,整个副衬垫可由对光半透明或透明的材料制作。类似地,该聚合抛光薄膜在对应于副衬垫?#26800;?#31383;口或缝隙的一个或多个区域可由对光半透明或透明的材料制作,或整个聚合抛光薄膜可由对光半透明或透明的材料制作。通过分析自经抛光的基板的表面反射的光或其他辐射而对抛光过程进行检测及监控的技术在本领域中?#19988;?#30693;的。这类方法描述于(例如)美国专利第5,196,353号、美国专利第5,433,651号、美国专利第5,609,511号、美国专利第5,643,046号、美国专利第5,658,183号、美国专利第5,730,642号、美国专利第5,838,447号、美国专利第5,872,633号、美国专利第5,893,796号、美国专利第5,949,927号及美国专利第5,964,643号。理想地,对关于经抛光基板的抛光过程的进展进?#26800;?#26816;测或监控使得确定抛光终点成为可能,即,确定何时终止关于特定基板的抛光过程。
尽管本文已相对于聚合抛光薄膜及弹性副衬垫对抛光垫进行了描述,但抛光垫可结合额外层使用(例如,额外副衬垫、衬底层等)而不脱离本发明的范围。此外,抛光垫可具有任?#38382;?#21512;尺寸。抛光垫理想地是盘状(如用于旋转抛光工具中),但?#37096;?#20316;为环状线?#28304;?#29983;产(如用于线性抛光工具中)或具有矩形形状(如用于振荡抛光工具中)。
该抛光组合物是一种化学-机械抛光组合物。该抛光组合物包含选自热解二氧化硅、沉淀二氧化硅、缩聚二氧化硅、二氧化铈及氧化锆的研磨剂,其中该研磨剂为微粒状且悬浮于液体载体中。热解金属氧化物(例如热解二氧化硅、热解二氧化铈及热解氧化锆)可由任?#38382;?#21512;的挥发性或非挥发性前体制?#28014;?#28909;解金属氧化物可由挥发性前体产生,其为通过前体(例如金属氯化物)在高温火焰下(H2/空气或H2/CH4/空气)的水解和/或氧化以产生所关心的金属氧化物。热解金属氧化物可由非挥发性前体制备,其通过将前体溶解或分散于适合溶剂中,诸如水、醇或酸基溶剂中。含有前体的溶液可使用液滴产生器喷射于高温火焰中,且接着可对金属氧化物的聚集体加以收集。典型的液滴产生器包括双流体雾化器、高压喷嘴及超声波雾化器。
本发明上下文中适合的胶态二氧化硅包括湿法型二氧化硅颗粒(例如缩聚二氧化硅颗粒)及沉淀二氧化硅。缩聚二氧化硅颗粒通常通过冷凝Si(OH)4以形成胶体颗粒而制备,其中胶体定义为平均粒径在1nm至1000nm之间(例如5nm至800nm,诸如10nm至500nm、或20nm至300nm)的颗粒。这种研磨颗粒可根据美国专利第5,230,833号制备或可作为任何不同市售产品获得,诸如Akzo-Nobel Bindzil 50/80产品及Nalco 1050、2327及2329严品以及可购自DuPont、Bayer、Applied Research、Nissan Chemical,及Clariant的其他类似产品。
沉淀硅石(沉淀二氧化硅)可通过将诸如硅酸钠(水玻璃)的碱性硅酸?#31283;?#28082;与诸如硫酸的无机酸进行反应而制?#28014;?#20108;氧化硅是由沉淀形成的主要反应产物。将以此方式产生的二氧化硅进行过滤、洗涤、?#31245;?#19988;自其他反应产物的残余物分离,所有这类技术是本领域技术人员公知的标?#25216;?#26415;。
适用于本发明的方法的二氧化铈与氧化锆可通过烟化法、沉淀法或热液法制?#28014;?#22312;热液法中,将与所期望的金属氧化物具有相同氧化级的金属盐(例如金属硝酸盐)溶解于水中,以碱(例如氢氧化铵)处理,且经受高温与加?#22266;?#20214;。热液法导致金属盐向相应金属氧化物的转化。
理想地,该研磨颗粒具有至少10nm或更大(例如,25nm或更大、或100nm或更大)的平均粒径(通常为包含这类颗粒的最小球体的平均?#26412;?。优选地,这类研磨颗粒具有1000nm或更小(例如,800nm或更小、或500nm或更小或甚至300nm或更小)的平均粒?#19969;?#24403;然,以上任何根据可选上限与下限表?#38236;?#37327;?#37096;?#20197;范围来表示(例如,10nm至1000nm、或25nm至800nm、或100nm至500nm)。
?#34892;?#30740;磨颗粒,诸如热解金属氧化物研磨颗粒,包含熔合于一起以形成较大的、链状聚集颗粒的小的初级颗粒。将这类聚集颗粒分散为初级颗粒需要相当大的力。举例而言,在普通分散力的作用下,这类聚集颗粒不会分解。此将聚集(aggregate)颗粒与聚结(agglomerate)颗粒区分开来,聚结颗粒是通过聚集颗粒彼此间相对松散的关联而形成。当研磨颗粒通过诸如热解金属氧化物颗粒的聚集颗粒提供时,本文提及的粒径是关于聚集颗粒的尺寸,而非熔合于一起以形成聚集体的初级颗粒的尺寸。因此,热解金属氧化物颗粒的平均粒径(例如)是包含这类聚集颗粒的最小球体的平均?#26412;丁?
研磨剂可以任?#38382;?#21512;量存在于抛光组合物中。存在于抛光组合物?#26800;?#30740;磨剂的?#23458;?#24120;为基于抛光组合物总重量的0.1重量%或更大(例如,0.25重量%或更大、或0.5重量%或更大、或1重量%或更大)。存在于抛光组合物?#26800;?#30740;磨剂的量优选为基于抛光组合物总重量的20重量%或更小(例如,15重量%或更小、或10重量%或更小)。更优选地,存在于抛光组合物?#26800;?#30740;磨剂的量为基于抛光组合物总重量的1重量%至10重量%。以上任何根据可选上限及下限表?#38236;?#37327;?#37096;?#20197;范围来表示(例如,0.1重量%至20重量%、或0.25重量%至15重量%、或0.5重量%至10重量%)。
理想地,研磨剂是悬浮于抛光组合物中,更具体地说是悬浮于抛光组合物的液体载体中。当研磨剂悬浮于抛光组合物中时,该研磨剂优选是胶体稳定的。术语胶体是指研磨颗粒在液体载体?#26800;?#24748;浮液。胶体稳定性是指悬浮随时间的保持。在本发明的上下文中,若当研磨剂置放入100ml?#23458;?#20013;且在不搅拌状态下?#24066;?#20445;持2小时的时间时,?#23458;驳?#37096;50ml的颗粒浓度([B]以g/ml计)与?#23458;?#39030;部50ml的颗粒浓度([T]以g/ml计)之差除以抛光组合物中颗粒的起始浓度([C]以g/ml计)小于或等于0.5(即{[B]-[T]}/[C]≤0.5),则认为研磨剂是胶体稳定的。理想地,[B]-[T]/[C]之值小于或等于0.3,且优选小于或等于0.1。
对铝进行氧化的试剂可为任?#38382;?#21512;的对铝进行氧化的试剂。优选地,该对铝进行氧化的试剂选自过硫酸铵、过氧化氢、过氧单硫酸硫酸氢钾及过乙酸。
抛光组合物可包含任?#38382;?#21512;量的对铝进行氧化的试剂。通常,抛光组合物包含基于该抛光组合物总重量的0.01重量%至10重量%(例如,0.05重量%至5重量%、或0.1重量%至2重量%)的对铝进行氧化的试剂。
该抛光组合物视情况包含有机酸。抛光组合物中适用的有机酸包括单?#20154;?#21450;二?#20154;?#21450;其盐。优选地,该有机酸选自:乙酸、丙酸、丁酸、苯甲酸、甲酸、丙二酸、丁二酸、草酸、乳酸、酒石酸、氨基酸、其衍生物、其盐及其组合。更优选地,该有机酸为丁二酸。
该抛光组合物可包含任?#38382;?#21512;量的有机酸,且若存在,通常包含10ppm或更多(例如,10至1000ppm)。优选地,抛光组合物中存在的有机酸的量为1000ppm或更小(例如,800ppm或更小、或600ppm或更小)。
应当理解,上述有机酸可以盐(例如金属盐、铵盐或其类似物)、酸或其部分盐(partial salt)的形式存在。举例而言,琥珀酸盐包括丁二酸及其单及二盐。此外,包括碱性官能基的有机酸可以碱性官能基的酸式盐的形式存在。例如,甘氨酸类包括甘氨酸及其一元酸盐。
该抛光组合物可具有任?#38382;?#21512;的pH。通常,该抛光组合物可具有12或更小的pH(例如,11或更小、或10或更小)。通常,该抛光组合物将具有1或更大的pH(例如,2或更大、或3或更大)。更优选地,该抛光组合物将具有3至10的pH。
抛光组合物的pH可通过任?#38382;?#21512;方法实现和/或保持。更具体地说,该抛光组合物可进一步包含pH调节剂、pH缓冲剂或其组合。该pH调节剂可为任?#38382;?#21512;的pH调节化合物。举例而言,该pH调节剂可为硝酸、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵或其组合。该pH缓冲剂可为任?#38382;?#21512;的缓冲剂,例如磷酸盐、醋酸盐、硼酸盐、铵盐及其类似物。该化学-机械抛光组合物可包含任?#38382;?#21512;量的pH调节剂和/或pH缓冲剂,其限制条件为该量足以使抛光系统的pH实现和/或保持于本文所阐明的范围内。
该抛光组合物视情况进一步包含一种或多?#21046;?#20182;添加剂。这类添加剂包括任?#38382;?#21512;的表面活性剂和/或流变控制剂,包括增粘剂及凝结剂(例如,聚合流变控制剂,诸如氨基甲酸酯聚合物)、包含一种或多种丙烯酸类亚基(subunit)的丙烯酸酯(例如,丙烯酸乙烯酯及苯乙烯丙烯酸酯)、及聚合物、共聚物、及其?#36884;?#29289;、及其盐。适合的表面活性剂包括,例如,阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、阴离子聚电解质、非离子表面活性剂、两性表面活性剂、氟化表面活性剂、其混合物、及其类似物。
该抛光组合物视情况进一步包含消泡剂。该消泡剂可为任?#38382;?#21512;的消泡剂。适合的消泡剂包括,但不限于,基于硅的消泡剂和基于乙炔二醇的消泡剂。存在于该抛光组合物?#26800;?#28040;泡剂的?#23458;?#24120;为40ppm至140ppm。
该抛光组合物视情况进一步包含杀生物剂。该杀生物剂可为任?#38382;?#21512;的杀生物剂,例如异噻唑啉酮杀生物剂。用于抛光组合物?#26800;?#26432;生物剂的?#23458;?#24120;为1ppm至500ppm,且优选为10ppm至200ppm。
该抛光组合物可以任?#38382;?#21512;方式制?#28014;?#19968;般而言,该抛光组合物可通过将其组分在分批或连续过程中进行组合及混合而得以制?#28014;?#27492;外,该抛光组合物在使用前可整体或部分制备,或抛光组合物的各组分的每一者可分别储存且在使用前或使用期间立即组合。当该抛光组合物在使用前部分制备时,该抛光组合物的一种或多种组分,诸如对铝进行氧化的试剂,可刚好在使用之前或在使用期间(例如,使用前1?#31181;?#20869;、或使用前1小时内、或使用前7天内)加至该抛光组合物中。当该抛光组合物的所有或一些组分分别储存且在使用期间组合时,这些组分可输送至正经抛光的基板表面,在该位置,对这些组分进行组合与混合以提供抛光组合物。抛光组合物或其任何一个或多个组分的pH可在任?#38382;?#21512;的时间调节。
基板表面可具有任何曲率。基板表面可基本上不具有曲率(例如,基板表面可为基本上平坦的),或该表面可具有曲率(例如,该基板表面可为凸面或凹面)。表面曲率可通过多种方法产生,所有方法是本领域中公知的。
含铝基板的表面可如通过用于生产基板的任?#38382;?#21512;方法形成。该基板的表面可通过机械加工方法(例如辊轧、挤出及锻造)形成或该基板的表面可通过铸造方法生产(例如,砂模铸造、永久型铸造及模铸)。
可选择地,根据本发明,含铝基板的表面在该基板表面与抛光垫及抛光组合物接触之前可经预抛光。该基板表面可(例如)通过金刚石车削预抛光。在金刚石车削中,在精确控制条件下,在与金刚石切削工具接触的同时,旋转该基板以通过自该基板表面切削微观裂片(sliver)而自基板表面移除材料,从而获得高度规则的表面。
该含铝基板的表面可通过研光进行预抛光。在研光中,通过将基板的表面相对于研光表面移动而研磨该基板表面,在该基板表面与该研光表面之间存在微粒状研磨剂(例如,氧化铝或碳化硅)。该微粒状研磨剂通常悬浮于诸如水或油的液体载体中。研光可以圆周、线性或振荡运动进行。一般而言,该研光表面包含诸如铸铁或黄铜的硬质材料。在本发明的上下文中,研光一般是?#35206;?#29983;尺寸变化的任?#38382;?#21512;技?#37232;?#20854;主要限于基板表面上的高点的移除,包括,但不限于,超精加工、擦光(buffing)、搪磨及其类似技术。
本发明的方法可用于抛光含铝基板的表面以提供具有预定表面粗糙度的经抛光表面。表面粗糙度的多种量测方法是本领域中已知的。举例而言,表面粗糙度可通过将触针沿表面移动而加以机械量测或通过使用光散射技术量测。美国机械工程师协会(ASME)标准B46.1-2002含有用于量测及表示表面粗糙度的方法的描述。因此,视基板所要的特定表面粗糙度而定,本发明的抛光方法可进行足以产生所要的表面粗糙度的?#20013;?#26102;间。抛光操作可中断,且对表面粗糙度加以确定。若尚未获得预定的表面粗糙度,则抛光可继续,直至量测表明已获得所要的表面粗糙度。可选择地,可在抛光期间使用上文描述的终点检测技术以原位测量表面粗糙度,以便在对表面粗糙度的处理中进行监控。
含铝基板的表面可通过任?#38382;?#21512;技术抛光。在优选方法中,表面通常在受控的化学、压力、速度及温度条件下在抛光组合物存在下压在抛光垫上。优选的抛光表面的方法尤其适合与化学-机械抛光(CMP)装置结合使用。通常,该装置包含在使用中时处于运动状态且具有由轨道、线性或圆周运动产生的速度的压板,与该压板接触且在运动时随该压板移动的抛光垫,及固持待抛光基板的载体。该基板的抛光通过置放表面以与本发明的抛光垫及抛光组合物接触且接着相对于该表面移动该抛光垫(其间具有抛光组合物)以研磨该表面的至少一部分以抛光该表面而发生。
有利地,当抛光垫包含与弹性副衬垫可剥离地结合的聚合抛光薄膜时,该聚合抛光薄膜可在使用期间或使用后简便且经济地替换。在使用期间,该抛光表面由于研磨剂抛光浆的作用而经历?#23548;叮?#20854;可导致抛光性能的?#23548;丁?#25243;光表面可通过调节而更新,例如通过将抛光表面与固定研磨调节工具接触以移除该抛光表面的至少一部分并从而产生新的抛光表面。可选择地,自弹性副衬垫移除第一聚合抛光薄膜且将第二聚合抛光薄膜与该弹性副衬垫结合以形成具?#34892;?#25243;光表面的抛光垫。该第二聚合抛光薄膜可与该第一聚合抛光表面相同,或其可不同。在一些实施方式中,该聚合抛光薄膜可在单基板抛光期间替换,其中该第一与第二聚合抛光薄膜具有不同的组合物或表面粗糙度且具有不同的抛光特征。
本发明的方法尤其适用于在含铝基板上产生镜面。在此方面,本发明的抛光方法能够抛光具有大于600nm的初始均方根(RMS)表面粗糙度的经研光铝表面,以在小于1小时的抛光时间内提供具?#34892;?#20110;10nm的RMS表面粗糙度的铝表面。对比而言,对铝表面的单点金刚石车削需许多小时来产生具有可比性的表面粗糙度的表面。
最后,仅仅通过控制抛光?#20013;?#26102;间,本发明的方法非常适用于产生具有任何中间表面的经抛光铝表面。具体地说,用于太阳能电池组件的铝镜面的生产可迅速且经济地实现。
以下实施例进一步说明本发明,但当然不应解释为以任何方式限制其范围。
实施例
本实施例证实表面粗糙度可通过本发明的方法在抛光具有经研光表面的市售的铝中实现。
由6061 T6铝合金构成且具有研光至无光光洁度(matte finish)的表面的8英寸(20.3cm)晶片经受两步抛光过程。第一抛光步骤包括以包含6重量%的热解二氧化硅及在水?#26800;?重量%的过硫酸铵、且pH为9的抛光组合物进行抛光。该晶片在27.6kPa(4psi)的向下压力下抛光60?#31181;?#19988;接着在20.7kPa(3psi)的向下压力下抛光15?#31181;櫻?#20854;中该向下压力是指使用装配有硬质聚氨酯抛光垫的市售抛光装置时,基板抵靠抛光垫的压力。抛光之后,各晶片在第二抛光步骤中以包含5重量%的热解二氧化硅及在水?#26800;?.03重量%的DeIonic LF-60MOD表面活性剂(来自DeForest Enterprises,Boca Raton,FL)的浆液使用Politex垫在13.8kPa(2psi)的向下压力下擦光1?#31181;印?#23545;于所有步骤,抛光?#38382;?#20026;50rpm的压板速度及50rpm的载体速度。
抛光之后,确定移除的表面材料的总量,且通过原子力显微镜(AFM)于3个不同区域检查该晶片以确定平均表面粗糙度。结果如表中所示。
表:经抛光的6061 T6铝合金的移除率及表面粗糙度
移除总表面()平均表面粗糙度Ra(nm)168,178 1.58(标准偏差=0.23)
本实施例的结果证实本发明的方法产生具有与可由单点金刚石车削获得的平均表面粗糙度具有可比性的铝表面。

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