알루미늄 거울 및 태양 전지 제조를 위한 ＣＭＰ의 사용 document_id A220623055081

금속 거울은 광학 분야에서 많은 용도를 갖는다. 전형적으로, 거울 표면은 다른 금속 또는 유리와 같은 다른 재료로 구성된 기재에 금속 코팅을 도포함으로써 형성된다. 다양한 우주 군사 용도에서와 같이 온도 변화를 경험하는 경우에, 거울 성분들은 상이한 팽창 및 수축 속도를 나타내므로, 거울 표면의 치수 불안정성을 초래한다. 한 가지 해결 방법은 단일 금속 또는 금속 합금으로 이루어진 기재들의 표면을 연마하는 것으로서, 이 방법은 열적 특성 면에서의 차이에 의해 유발되는 문제점들이 방지하고, 당해 기재에 금속의 기계적 강도와 강성을 제공한다. 알루미늄은 가볍고 저렴하며 통상의 표면 형성 공정과도 양립하기 때문에 금속으로서 바람직하다. 광학적 용도에 있어서 이와 같은 거울들의 성능은 표면 상태에 크게 좌우되는데, 그 표면은 주로 표면 요철에 의해 유발되는 광 산란을 최소화시키기 위해 매우 균일해질 필요가 있다. 광학적 성능과 관련된 표면 거칠기 변수에는 평균 표면 거칠기(Ra) 또는 근 평균 제곱(root mean square) 표면 거칠기(Rq)가 포함될 뿐만 아니라 Rmax 및/또는 Rz를 비롯한 변수들도 필수적으로 포함된다. Rmax는 주어진 표본 영역에서의 최대 마루-골(peak-to-valley) 높이이며, 이때 마루는 표면상의 고점을 나타내고 골은 표면상의 스크래치의 깊이를 나타낸다. Rz는 몇개의 구별되는 표본 영역들에서 측정된 Rmax에 대한 평균치이다. 우수한 광학적 성능을 얻기 위해서는 평균 표면 거칠기가 낮아야 할 뿐만 아니라, Rz, Rmax 또는 관련 변수들이 광 산란을 최소화시킬 수 있도록 낮아야 한다. 거울을 제조하기 위한 기존의 방법들은 무전해 니켈층을 거울 기재상에 전기도금한 후에 광학적 기법을 사용해서 제 2의 금속 층을 연마하여 광 산란이 감소된 표면을 제공함으로써, 불완전하게 형성된 금속 표면들로부터 유발되는 단점들을 치유하고자 시도한 것이다. 그러나, 이와 같은 거울도 마찬가지로 상이한 금속들로 구성된 것이기 때문에, 실온과는 다른 온도하에서 2원 금속의 응력은 거울의 기계적 및 광학적 안정성을 손상시키게 된다. 더욱이, 제 2의 금속층을 제조하게 되면거울의 제조 공정은 상당히 더 복잡해지고 비용도 많이 소요된다. 고도로 연마된 알루미늄 표면들은 태양 전지 제조 분야에도 적용된다. 거울 어레이(array)를 사용해서 태양 복사선을 태양 전지상에 집속시킴으로써 전환 효율을 향상시킨다. 거울 표면상의 표면 요철에 의한 광의 회절로 말미암아 입사된 태양 복사선이 전력으로 전환되는 효율이 저하되므로, 알루미늄으로 구성된 고반사성 표면을 경제적으로 제조하는 개선된 방법이 존재한다면 태양 전지 기술 발달을 도모할 수 있을 것이다. 알루미늄 표면을 연마하는데는 2가지 방법이 통상 사용된다. 광학 분야에서는, 수년동안 단결정 다이아몬드 선반 가공법(single-point diamond turning)을 사용하여 적외선(예: 장파장)을 반사시키는데 유용한 알루미늄 거울을 생산해왔다. 단결정 다이아몬드 선반 가공법에서는, 알루미늄 기재를 정밀하게 배치된 다이아몬드 절삭 기구와 접촉한 상태로 회전시킨다. 상기 다이아몬드 절삭 기구는 기재 표면으로부터 매우 얇은 알루미늄 층을 "박리"하여 정밀하게 한정된 기하학적 형태를 갖는 표면을 형성한다. 그러나, 다이아몬드 절삭 기구는 미시적인 홈들을 생성하여, 특히 짧은 파장에서, 광 산란으로 인하여 광학적 성능을 손상시킨다. 또한, 단결정 다이아몬드 선반 가공법은 비용이 많이 들고 시간을 많이 소모하는 공정으로서, 단지 특수 광학 부품을 소량 생산하는데만 적합할 뿐이다. 알루미늄 기재를 연마하는데 가장 통상적으로 사용되는 방법은 래핑법(lapping)이다. 래핑법에서는, 연마제 입자들의 슬러리-대개는 물 또는 오일 담체중의 산화알루미늄 또는 탄화규소-를 사용해서 랩(lapp)으로서 알려진 연마 표면을 연마제 슬러리가 개재한 상태에서 알루미늄 표면에 대하여 이동시킴으로써 당해 연마제의 기계적인 작용에 의해 표면을 연마한다. 그러나, 래핑법은 알루미늄을 엷게 잘라내는(shaving) 결과를 초래하여, 연마된 표면상에 마이크로스크래치(microscratch)를 생성하는 경향이 있으므로, 광학적인 용도에는 허용될 수 없는 표면 결함을 만든다. 화학적 기계적 연마 또는 평탄화(CMP)는 메모리 또는 강성 디스크의 표면을 연마 또는 평탄화하기 위해 전자 산업 분야에서 오랫동안 사용되어 온 방법이다. 전형적으로, 메모리 또는 강성 디스크는 니켈-인의 제 1 층으로 피복된 알루미늄 기재를 포함한다. 상기 니켈-인 층은 코발트-인과 같은 자기층으로 피복되기에 앞서 표면 주름 및 거칠기를 감소시키기 위해 CMP 공정에 의해서 평탄화시키는 경우가 많다. 상기 니켈-인 층은 매우 균일한 미세구조 및 특정한 화학적 특성을 갖고, 이는 알루미늄 및 알루미늄 합금과는 상당히 다른데, 알루미늄 및 알루미늄 합금은 니켈-인과는 다른 표면 화학적 특성 및 기질 전체에 걸쳐 분산된 결정자(crystallite)를 포함하는 불균일한 미세구조를 갖는다. 또한, CMP는 마이크로스크래치를 생성하고 기재 표면상에 연마제 입자들을 매립된 상태로 남겨두어, 광학적 용도에서는 허용될 수 없는 결함을 초래한다. 따라서, 알루미늄 표면을 가시선 및 자외선 범위에서 광을 무회절 반사시키는데 적합한 표면 거칠기의 정확한 기준까지 연마하기 위한 효율적이고 경제적인 방법이 요구되는 실정이다. 본 발명은 이와 같은 방법을 제공한다. 이러한 본 발명의 장점 및 그 밖의 장점들과 본 발명의 특징들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다. 발명의 개요 본 발명은, (i) 알루미늄을 포함하는 기재를 제공하는 단계, (ii) 연마 패드를 제공하는 단계, (iii) (a) 실리카, 세리아 및 지르코니아로 이루어진 군중에서 선택된 연마제, (b) 알루미늄을 산화시키는 산화제, 및 (c) 액상 담체를 포함하고, 상기 연마제가 미립자 형태이며 상기 액상 담체에 현탁되어 있는 것인 연마 조성물을 제공하는 단계, (iv) 상기 기재의 표면을 상기 연마 패드 및 상기 연마 조성물과 접촉시키는 단계, 및 (v) 상기 기재의 표면의 적어도 일부분을 벗겨내어 상기 기재로부터 적어도 일부의 알루미늄을 제거하고, 상기 기재의 표면을 연마하는 단계를 포함하는, 알루미늄을 포함하는 기재의 표면을 연마하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 (i) 알루미늄을 포함하는 기재를 제공하는 단계, (ii) (A) 탄성 하부 패드(subpad) 및 (B) 상기 탄성 하부 패드와 거의 동일한 면적의 중합체 연마 필름을 포함하고, 상기 중합체 연마 필름은 연마 표면 및 상기 탄성 하부 패드에 탈착 가능하게 결합된 이면을 포함하는 것인 연마 패드를 제공하는 단계, (iii) (a) 실리카, 세리아 및 지르코니아로 이루어진 군중에서 선택된 연마제, (b) 알루미늄을 산화시키는 산화제, 및 (c) 액상 담체를 포함하고, 상기 연마제가 미립자 형태이며 상기 액상 담체에 현탁되어 있는 것인 연마 조성물을 제공하는 단계, (iv) 상기 기재의 표면을 상기 연마 패드의 연마 표면 및 상기 연마 조성물과 접촉시키는 단계, 및 (v) 상기 기재의 표면의 적어도 일부분을 벗겨내어 상기 기재로부터 적어도 일부의 알루미늄을 제거하고, 상기 기재의 표면을 연마하는 단계를 포함하는, 알루미늄을 포함하는 기재의 표면을 연마하는 방법을 제공한다.