CN101746957B - 玻璃表面的微细加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在含碱金属氧化物的玻璃的表面上形成凸部的玻璃表面的微细加工方法，所述方法包含：对与待成为凸部的第二区域的表面相邻的第一区域的表面涂覆保护层的步骤；从第二区域的所述表面去除碱离子的步骤；从第一区域的所述表面去除保护层的步骤；和对所述第二区域的已去除碱离子的所述表面以及所述第一区域的已去除保护层的所述表面进行研磨的步骤。

Description

玻璃表面的微细加工方法
技术领域
本发明涉及用于在玻璃表面上形成凹部和凸部的微细加工方法。更具体地，本发明涉及其中不仅可以进行微米级微细加工而且可以进行纳米级微细加工的玻璃表面微细加工方法。
背景技术
玻璃是化学稳定的，具有低热膨胀系数，且具有优异的物理和化学性质。因此，玻璃适合用作化学反应芯片、光学部件和电子部件的材料。然而，一方面由于玻璃是易碎的材料，所以难以通过诸如磨削和切削的机械去除加工进行镜面精加工而没有裂纹和碎屑。对于进行玻璃的镜面精加工，必须降低加工速率且要求高水平的加工技术。因此，难以有效地实施机械镜面精加工。
JP-A-2005-298312公开了一种用于实现微米级加工的加工技术。在该技术中，将已进行离子交换处理的玻璃表面磨削，从而加工所述表面，在该离子交换处理中，玻璃被浸入熔融盐如KNO3中几小时以将玻璃表面附近存在的Na+离子与K+离子交换(即所谓的化学强化处理)。
发明内容
然而，在JP-A-2005-298312中所公开的技术具有以下问题：因为待加工的玻璃已进行化学强化，所以当通过磨削(研磨)对该玻璃进行加工时易于形成横向裂纹(延迟裂纹)。因此，即使在微米级加工中没有问题，该技术也不适合于纳米级加工。
此外，因为离子交换是其中玻璃被浸入高温熔融盐中的处理，所以在JP-A-2005-298312中所公开的加工技术必须应用耐高温的掩模。因此，该技术有这样处理麻烦的问题。
因此，本发明的目的是提供一种玻璃表面的微细加工方法，其中不仅可以容易实施微米级微细加工，而且可以容易实施纳米级微细加工。
即，本发明是基于这样的发现，且涉及如下(1)至(6)项：
(1)一种用于在含碱金属氧化物的玻璃的表面上形成凸部的方法，所述方法包含：
对与待成为凸部的第二区域的表面相邻的第一区域的表面涂覆保护层的步骤；
从第二区域的所述表面去除碱离子的步骤；
从第一区域的所述表面去除保护层的步骤；和
对所述第二区域的已去除碱离子的所述表面以及所述第一区域的已去除保护层的所述表面进行研磨的步骤。
(2)根据(1)项所述的玻璃表面微细加工方法，其中所述从第二区域的表面去除碱离子的步骤包含将第二区域的表面与酸性液接触。
(3)根据(2)项所述的玻璃表面微细加工方法，其中所述酸性液具有5以下的pH值。
(4)根据(1)至(3)项中任一项所述的玻璃表面微细加工方法，其中所述玻璃是磁盘用环状玻璃衬底。
(5)根据(1)至(3)项中任一项所述的玻璃表面微细加工方法，其中所述玻璃是载玻片。
(6)一种用于在含碱金属氧化物的玻璃的表面上形成凸部的玻璃表面微细加工方法，所述方法包含：
对与待成为凸部的第二区域的表面相邻的第一区域和第三区域的表面涂覆保护层的步骤；
从第二区域的所述表面去除碱离子的步骤；
从第一区域和第三区域的所述表面去除保护层的步骤；和
对所述第二区域的已去除碱离子的所述表面以及所述第一区域和第三区域的已去除保护层的所述表面进行研磨的步骤。
根据本发明，不仅微米级的玻璃表面微细加工，而且纳米级的玻璃表面微细加工也是可能的，并且可以减少裂纹和横向裂纹的出现。
附图说明
图1是显示本发明的玻璃表面微细加工的方法的流程图；
图2是玻璃表面的实例的示意图，该图图示了待成为凸部的第二区域；
图3(A)至3(E)是图示通过沿图2的线III-III切割所获得的部分的示意图，该图显示了在图1中所示的各个步骤之后所获得的玻璃构造。
图4是玻璃表面的另一实例的示意图，该图图示了待成为凸部的第二区域。
图5(A)至5(E)是图示通过沿图4的线V-V切割所获得的部分的示意图，该图显示了在图1中所示的各个步骤之后所获得的玻璃构造。
图6是图示通过本发明的玻璃表面微细加工方法所制造的载玻片的构造的透视图。
图7是显示通过沿线A-A切割图6的载玻片所获得的部分的剖视图。
图8是图7中被虚线围绕的部分的放大示意图，该图显示了表面离子的状态。
图9是图示通过本发明的玻璃表面微细加工方法所制造的磁盘用玻璃衬底的构造的透视图。
图10是通过沿线B-B切割图9的磁盘用玻璃衬底所获得的部分的截面的放大示意图，该图显示了表面离子的状态。
图11是显示了浸出深度与玻璃A的浸渍时间和酸性液的pH值的每一个之间的关系的图。
图12是显示酸性液的pH值与玻璃A～D的每一种的浸出深度之间的关系的图。
附图标记的描述
100         载玻片
210和510    凸部
220和520    凹部
400         磁盘用玻璃
711         第一区域
712         第二区域
713         第三区域
具体实施方式
以下将参考附图解释本发明的玻璃表面微细加工方法。然而，本发明不应当被理解为限于所述附图。
图1是显示本发明的玻璃表面微细加工方法的流程图。图2是玻璃表面的实例的示意图，该图图示了待成为凸部的第二区域。图3(A)～3(E)是图示通过沿图2的线III-III切割所获得的部分的示意图，该图显示了在图1中所示的各个步骤之后所获得的玻璃构造。首先，以图2中所示的实施方式用于解释本发明的玻璃表面微细加工方法，其中在被第一区域711所围绕的第二区域形成所述凸部。
在本发明的玻璃表面微细加工方法中，首先准备诸如薄板状载玻片或磁盘用环状玻璃衬底的玻璃。玻璃700具有如图3(A)中所示的正面710和背面720，并且包含碱金属氧化物如氧化钠、氧化锂和氧化钾中的至少一种。玻璃700的正面710具有第一区域711和与第一区域711相邻的第二区域712。如图3(A)中所示，碱离子存在于玻璃700的正面周围。尽管Na+离子被显示为图3(A)中的碱离子，但是理所当然的事是，碱离子不应理解为限于Na+离子。而且，在图3中，为了容易理解碱离子的存在，Na+离子被显示为好像它们以线性排列的方式存在于所述表面周围。然而，理所当然的事是，碱离子的数量和排列不应理解为限于此。
随后，如图3(B)中所示，通过光刻(此后称为掩蔽步骤；步骤620)在玻璃700的正面710上形成具有所需图案的抗蚀剂730。掩蔽步骤包括涂覆步骤、预烘烤步骤、曝光步骤、显影步骤和后烘烤步骤。详细的解释如下。用旋涂机或者通过喷涂(涂覆步骤)将抗蚀剂流体施用于玻璃700的整个正面710。随后，加热被涂覆抗蚀剂的玻璃以使抗蚀剂固化(预烘烤步骤)。然后，将抗蚀剂用光辐照(曝光步骤)。在正型抗蚀剂的情况下，已曝光的区域将被溶解掉。在该情况下，将期望碱离子去除(以后称为碱去除处理)的第二区域712的正面710上覆盖的抗蚀剂进行曝光。另一方面，在负型抗蚀剂的情况下，已曝光的区域将保留下来。因此，在该情况下，将不期望碱去除处理的第一区域711的正面710上覆盖的抗蚀剂进行曝光。随后，将已进行曝光的玻璃700浸入显影溶液中，以去除不需要的抗蚀剂部分(显影步骤)。然后，将玻璃700加热(后烘烤步骤)以去除在显影步骤中所使用的漂洗剂。结果，在不期望碱去除处理的第一区域711的正面710上形成作为保护层的抗蚀剂730，如图3(B)中所示。
用于在玻璃衬底上形成掩模的步骤的技术不限于光刻法。还可以利用纳米压印(nanoimprinting)或者更简易的技术，其中将具有优异耐热性或者耐化学品性的胶带如所谓的Kapton胶带施用于部分玻璃表面。
随后，进行碱去除处理，其中将碱离子从玻璃700的正面710侧去除，如图3(C)中所示(步骤630)。用于碱去除处理的技术实例包括浸入热水和与酸性水溶液(例如硫酸；盐酸；草酸；马来酸；磷酸；柠檬酸；氢氟酸与硫酸、盐酸或草酸的混合物；或者盐酸与硝酸的混合物)或者酸性蒸气(如硫化氢或亚硫酸气体)接触(浸出)。可以通过如下操作进行碱去除处理：将玻璃700浸入温度为60～99℃的热水中约20分钟～20小时；将玻璃700浸入pH值为7以下且温度为室温～99℃的酸性水溶液中约10秒～1小时；或者将玻璃700暴露于湿度为60～90％RH且温度为60～200℃的高温高湿度气氛中约1小时～10天。在该碱去除处理中，存在于玻璃700的正面附近的碱离子(在该实施方式中为Na+离子)从其中扩散出来，并且质子H+替代进入。由于H+离子具有远比Na+离子更小的离子半径，所以在玻璃700的正面710中并不会产生压应力(拉伸应力)如由化学强化处理所引起的压应力(拉伸应力)。在化学强化处理中，比已经扩散出来的离子更大的离子通常进入，从而强化所述玻璃表面。相比之下，在碱去除处理中，比已经扩散出来的离子更小的离子进入，从而使玻璃表面变脆。顺便提及，碱去除处理不仅引起存在于玻璃表面附近的碱离子从中扩散出来，而且腐蚀该表面。因此，当从玻璃的背面测量时，已进行碱去除处理的区域和未进行碱去除处理的区域出现玻璃厚度不同。因此，根据从玻璃的背面测量的厚度，已进行碱去除处理的第二区域712具有比未进行碱去除处理的第一区域711更小的玻璃厚度。
顺便提及，术语“碱去除处理”并不排除其中也去除碱土金属离子的处理。
随后，用溶剂去除覆盖玻璃700的正面710上的抗蚀剂730(此后称为掩模去除步骤；步骤640)。如图3(D)中所示，碱离子保留在玻璃700的被抗蚀剂730覆盖的第一区域711的正面周围。
然后，使用研磨机对已从其去除抗蚀剂730的玻璃700的正面710进行研磨(此后称为研磨步骤；步骤650)。
尽管上述的研磨步骤可以由一个研磨步骤组成，但是它可以包括两个研磨步骤(第一研磨步骤和第二研磨步骤)。以下将解释包括两个研磨步骤的所述研磨步骤。
使用聚氨酯泡沫作为研磨垫，进行第一研磨步骤。研磨条件包含使用包含氧化铈和RO水的研磨浆料。将已进行第一研磨步骤的玻璃衬底连续浸入中性洗涤剂、纯水、IPA(异丙醇)和IPA(蒸气干燥)的各清洗槽中，以进行超声波清洗和干燥。
随后，使用与第一研磨步骤中所使用的相同研磨机，但将其中所用磨光器替换为软质研磨垫(聚氨酯泡沫)，进行第二研磨步骤作为对主表面的镜面研磨步骤。
第二研磨步骤的目的是为了研磨在第一研磨步骤中所获得的平坦主面，从而在保持所述主面的平坦度的同时确定地去除裂纹，并获得具有以算术平均粗糙度(Ra)计降低至例如约0.4～0.1nm的表面粗糙度的镜面。作为研磨浆料，使用包含胶体二氧化硅磨料粒(平均粒径为80nm以下)和RO水的研磨浆料。可以在100g/cm2负载下进行该研磨5分钟。
将已进行第二研磨步骤的玻璃衬底连续浸入中性洗涤剂、纯水、IPA(异丙醇)和IPA(蒸气干燥)的各清洗槽中，以进行超声波清洗和干燥。在该研磨步骤中，未进行碱去除处理的第一区域711的玻璃比已进行碱去除处理的第二区域712的玻璃研磨得更深。结果，在碱去除处理之后所观察到的玻璃厚度的关系被颠倒了。即，如图3(E)中所示，根据从玻璃的背面测量的玻璃厚度，与未进行碱去除处理的第一区域711相比，已进行碱去除处理的第二区域712变得具有更大的玻璃厚度。
在已进行第二研磨步骤的玻璃700中，在已进行碱去除处理的第二区域712的玻璃正面附近区域的碱离子浓度，与在未进行碱去除处理的第一区域711的玻璃正面附近区域的碱金属离子浓度相同。碱金属离子浓度可以通过X-射线光电子光谱(XPS；用于化学分析的电子光谱(ESCA))检测玻璃表面来确定。碱金属离子的浓度还可以由通过用电子束微分析器(电子探针微分析器；EPMA)检测玻璃的截面所获得的谱线轮廓来确定。
在本发明的玻璃表面微细加工方法中，进行碱去除处理的区域(第二区域712)的正面被腐蚀，并且由于碱去除处理而变脆，该区域712变得具有比未进行碱去除处理的区域(第一区域711)更小的厚度。然而，在随后的研磨中该厚度关系被颠倒；通过研磨，未进行碱去除处理的区域(第一区域711)变得具有比已进行碱去除处理的区域(第二区域712)更小的厚度。该现象可归因于本发明人所作出的发现。尽管还未明确该现象的机理，但是推测如下。已进行碱去除处理的区域(第二区域712)处于如下状态：其正面已被腐蚀且由于碱去除处理而变脆，并且该区域在随后的研磨中显示出弹性行为，从而导致研磨速率的不同。因此，相对于所用浆料，未进行碱去除处理的区域(第一区域711)被研磨掉更多。已经确定的是，通过颠倒所获得的厚度差异是由碱去除处理所导致的玻璃厚度差异的几倍至几十倍。
在上述的实施方式中，在被第一区域711所围绕的第二区域712中形成凸部。然而，本发明的方法还可以应用于在介于第一区域711和第三区域713之间且与第一区域711和第三区域713相邻的第二区域712中形成凸部的情况，如图4所示。
在该情况下，在不期望碱去除处理的第一区域711和第三区域713的正面710上形成抗蚀剂730(参见图5(B))。对该玻璃700进行碱去除处理以从玻璃700的正面710侧去除碱离子(参见图5(C))。随后，用溶剂去除覆盖玻璃700的正面710的抗蚀剂730(参见图5(D))。此后，将已去除抗蚀剂730的玻璃700的正面710进行研磨。结果，已进行碱去除处理的第二区域712变得具有比未进行碱去除处理的第一区域711和第三区域713更大的玻璃厚度。由此，在第二区域712中形成凸部(参见图5(E))。在该情况下，同样如上述实施方式中发生如下现象。进行碱去除处理的区域(第二区域712)的正面被腐蚀，并且由于碱去除处理而变脆，并且该区域712变得具有比未进行碱去除处理的区域(第一区域711和第三区域713)更小的厚度。然而，该厚度关系在随后的研磨中被颠倒了；通过研磨，未进行碱去除处理的区域(第一区域711和第三区域713)变得具有比已进行碱去除处理的区域(第二区域712)更小的厚度。
玻璃
图6是图示通过本发明的玻璃表面微细加工方法所制造的载玻片的构造的透视图。图7是显示通过沿线A-A切割图6的载玻片所获得的部分的剖视图。图8是图7中被虚线围绕的部分200的放大示意图，该图显示了表面离子的状态。
载玻片的实例包括铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃和硼硅酸盐玻璃。特别是用于涉及DNA等的生物技术，硼硅酸盐玻璃是优选的。硼硅酸盐玻璃可以包含玻璃成分，例如以质量％计，玻璃成分包含90～95％的SiO2、6～7％的B2O3、0.3～1％的Na2O和0.01～1％的Al2O3。在制造用于合成DNA的载玻片的情况下，优选调整Al2O3的含量使得其不超过0.1质量％，因为玻璃的吸水量与Al2O3的含量成比例增加。
载玻片具有优选90％以上的可见光透射率。当按照在JIS R3703中规定的用e线(546.1nm)测量时，载玻片的折射率优选为1.51～1.53。
如图6中所示，载玻片100具有正面110和背面120。载玻片100的正面110具有凹-凸形成区域111和周围区域112。如图7中所示，凹-凸形成区域111具有凸部210和凹部220，其通过上述的玻璃表面微细加工方法来形成。在该载玻片100中，所述凸部210和所述凹部220之间的高度差优选为几个微米。在载玻片100中，在所述凸部210的正面附近区域中的碱成分的量几乎与在所述凹部220的正面附近区域中的碱成分的量相同，如图8中所示。碱金属离子的浓度可以如上所述通过X-射线光电子光谱或者用电子射线微分析仪来确定。顺便提及，所述凹部220分别旨在盛装待检测的样品。
尽管如图6中所示的载玻片100具有三个用于盛装样品的区域(凹部)，但是该图不应当被理解为限制这种凹部的数量。理所当然的事是，这种凹部的数量不受限制，只要该数量为1以上。优选应当以间距为例如100μm的格子排列方式形成矩形凹部220。此外，尽管在附图8的示意图中仅显示Na+离子，但是碱离子不应当被理解为限于Na+离子。理所当然的事是，其它种类的碱离子(例如Li+和K+)也是可以的。此外，尽管图8的示意图显示仅一个至两个Na+离子存在于每个凸部的表面中，但是理所当然的事是碱离子的数量不受限制。
通过本发明的玻璃表面微细加工方法所制造的载玻片100具有以下优点：在通过所述方法形成凹部和凸部以后，无论何种尺寸均可容易地将载玻片切割成适合使用的相同尺寸的片，因为该玻璃未进行化学强化处理。相比之下，在用于玻璃表面微细加工的常规技术中，存在的可能性是，形成凹部和凸部之后的载玻片的切割可能会引起断裂，因为该微细加工技术包括化学强化处理。因此，必须的是应当对已经预先切割成适合使用的尺寸的玻璃进行凹部和凸部的形成。
磁盘用玻璃衬底
图9是图示通过本发明的玻璃表面微细加工方法所制造的磁盘用玻璃衬底的构造的透视图。图10是通过沿着线B-B切割图9的磁盘用玻璃衬底所获得的部分的放大示意图，该图显示了表面离子的状态。磁盘用玻璃衬底具有在中间区域具有从正面延伸至背面的通孔的环状。
磁盘用玻璃衬底的实例包括硅酸锂玻璃、铝硅酸盐玻璃、铝锂硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃和硼硅酸盐玻璃。然而，铝硅酸盐玻璃是优选的。此外，还可以使用无定形玻璃和结晶玻璃。在无定形的软磁层待形成在玻璃上的情况下，该玻璃优选是无定形玻璃。例如，一种铝硅酸盐玻璃包含如下玻璃成分，所述玻璃成分以摩尔％计包含57～74％的SiO2、0～2.8％的ZnO2、3～15％的Al2O3、7～16％的Li2O和4～14％的Na2O。另一种铝硅酸盐玻璃包含玻璃成分，所述玻璃成分以质量％计包含50～65％的SiO2、5～15％的Al2O3、2～7％的Na2O、4～9％的K2O、0.5～5％的MgO、2～8％的CaO和1～6％的ZrO2。用于获得高杨氏模量(100GPa以上)的玻璃成分以摩尔％计包含45～65％的SiO2、0～15％的Al2O3、4～20％的Li2O、1～8％的Na2O、0～21％的CaO、0～22％的MgO、0～16％的Y2O3、1～15％的TiO2和0～10％的ZrO2。
如图9中所示，磁盘用玻璃400具有正面410和背面420。磁盘用玻璃400的正面410具有已经通过上述本发明的玻璃表面微细加工方法所形成的凸部510和凹部520。在所述凸部510和所述凹部520之间的高度差优选为10～100nm。所述凸部510为在圆周方向是连续的且以例如100nm的径向节距同心形成的环状。
在磁盘用玻璃400中，在所述凸部510的正面附近区域的碱成分的量几乎与在所述凹部520的正面附近区域的碱成分的量相同，如图10中所示。所述凸部510的正面的算术平均粗糙度Ra几乎与所述凹部520的正面的算术平均粗糙度Ra相同。碱金属离子的浓度可以如上所述通过X-射线光电子光谱或用电子射线微分析仪来确定。
在制造磁盘过程中，在通过上述步骤所获得的玻璃上形成磁记录层。作为该磁记录层，可以利用例如由钴(Co)基铁磁性材料构成的或包含钴(Co)基铁磁性材料的磁记录层。特别优选形成由钴-铂(Co-Pt)铁磁性材料或钴-铬(Co-Cr)铁磁性材料构成的或者包含钴-铂(Co-Pt)铁磁性材料或钴-铬(Co-Cr)铁磁性材料的磁记录层，所述材料赋予高的矫顽力。作为用于形成这种磁记录层的技术，可以使用DC磁控管溅射。优选在玻璃衬底与磁记录层之间适当地插入底涂层等。作为底涂层等的材料，可以利用Fe-Ni合金、Fe-Nb合金、Fe-Co合金、Ru基合金等。可以在磁记录层上形成用于保护磁盘免受磁头冲击的保护层。优选该保护层是刚性的保护性烃层。此外，可以在该保护层上形成由PFPE(全氟聚醚)化合物构成的润滑层，由此可以减轻磁头与磁盘之间的干扰。该润滑层可以例如通过浸渍而进行的施用涂覆流体来形成。
根据通过本发明的玻璃表面微细加工方法所制造的磁盘用玻璃400，在磁盘中可以形成离散磁道。由此，可以防止在相邻记录磁道之间的干扰以获得记录密度的增加。
实施例
以下解释本发明的玻璃表面微细加工方法的实施例。
实施例1
首先，准备铝锂硅酸盐玻璃作为玻璃。用二氧化铈浆料或胶体二氧化硅浆料来研磨该玻璃，以便获得低于10nm的平均表面粗糙度。
随后，用Kapton胶带掩蔽给定区域。
在室温下，然后将玻璃浸入经调整pH值为2的硝酸水溶液中30分钟。由此，对未覆盖掩模的区域进行碱去除处理。在未覆盖掩模的区域(进行碱去除处理的区域)中，碱离子从玻璃表面附近区域扩散出来，并且该表面被轻微腐蚀。结果，根据从玻璃的背面测量的玻璃厚度，进行碱去除处理的区域变得具有比已掩蔽的区域(未进行碱去除处理的区域)更小的玻璃厚度。在已进行碱去除处理的区域中的玻璃厚度与未进行碱去除处理的区域中的玻璃厚度相差20nm。
然后剥离Kapton胶带。
随后，使用胶体二氧化硅浆料来研磨玻璃3分钟。结果，位于未进行碱去除处理的区域的玻璃以比位于已进行碱去除处理的区域的玻璃更大的量被研磨。结果，在碱去除处理之后所观察到的玻璃厚度的关系被该研磨颠倒。即，未进行碱去除处理的区域变得具有比已进行碱去除处理的区域更小的玻璃厚度。未进行碱去除处理的区域中的玻璃厚度与已经进行碱去除处理的区域中的玻璃厚度相差约100nm。确定的是，在未进行碱去除处理的区域中的玻璃表面附近区域的玻璃组成与已进行碱去除处理的区域中的玻璃表面附近区域的玻璃组成相同。即，发现在研磨之后，在未进行碱去除处理的区域中的玻璃表面附近区域的碱离子浓度与在已进行碱去除处理的区域中的玻璃表面附近区域的碱离子浓度相同。
实施例2
准备与实施例1中相同的玻璃，并且以与实施例1中相同的方式用Kapton胶带覆盖玻璃中的区域。
随后，将该玻璃浸入经调整pH值为2的硝酸水溶液中30分钟。所述浸渍是在与实施例1中不同的40℃下进行的。由此，对未覆盖掩模的区域进行碱去除处理。如实施例1中一样，在进行碱去除处理的区域中，碱离子从玻璃表面附近区域扩散出来，并且该表面被轻微腐蚀。结果，在已进行碱去除处理的区域中的玻璃厚度与未进行碱去除处理的区域中的玻璃厚度相差30nm。
然后如实施例1中一样剥离Kapton胶带。
随后，与实施例1中一样，使用胶体二氧化硅浆料来研磨玻璃。该研磨进行30分钟，这不同于实施例1中的研磨。结果，位于未进行碱去除处理的区域中的玻璃以比位于已进行碱去除处理的区域中的玻璃更大的量被研磨。结果，在碱去除处理之后所观察到的玻璃厚度的关系被该研磨所颠倒。即，未进行碱去除处理的区域变得具有比已进行碱去除处理的区域更小的玻璃厚度。未进行碱去除处理的区域中的玻璃厚度与已进行碱去除处理的区域中的玻璃厚度相差约600nm。确定的是，在未进行碱去除处理的区域中的玻璃表面附近区域的玻璃组成与已进行碱去除处理的区域中的玻璃表面附近区域的玻璃组成相同。即，发现在研磨之后，在未进行碱去除处理的区域中的玻璃表面附近区域的碱离子浓度与在已进行碱去除处理的区域中的玻璃表面附近区域的碱离子浓度相同。
实施例3
在碱去除处理中，检测特别是其中玻璃被浸入酸性液中的浸出与玻璃组成、浸渍时间、温度和pH值之间的关系。
首先，准备具有表1中所示的各种组成的四种玻璃。在表1中，以摩尔％计显示了所述组成。
表1
  玻璃   SiO2   Al2O3   MgO   CaO   SrO   BaO   TiO2   ZrO2   Li2O   Na2O   K2O
  A   61.9   13.0   3.0   -   -   -   1.0   0.6   10.7   6.8   3.0
  B   64.5   12.0   -   -   -   -   -   1.8   12.8   5.5   3.4
  C   66.5   4.7   3.4   6.2   4.7   3.6   -   1.7   -   4.8   4.4
  D   66.4   5.0   12.1   -   -   -   3.7   -   -   5.0   7.7
随后，在室温下将玻璃A浸入pH值为2.0的硝酸中各5分钟、10分钟、20分钟、30分钟和60分钟。此后，测量在玻璃A中所形成的凹部的深度(此后称为浸出深度)。此外，将玻璃A分别浸入pH值各为3.0、4.0和7.0的硝酸中20分钟，然后检测浸出深度。在图11中显示了测量结果。
图11中给出的结果表明了下列内容。在不低于7.0的pH值下，玻璃A不能在60分钟内通过浸出进行处理。此外，浸渍时间越长和pH值越低，浸出深度越大。因此，发现在浸出过程中使用pH值低于7.0的硝酸是优选的，并且可以根据酸性液的pH值通过调整浸渍时间来获得具有所需浸出深度的玻璃。特别是，在不高于5的pH值下，必定可以进行浸出。在pH值为2下所获得的浸出深度为在pH值为4下所获得的浸出深度的至少10倍，并且几乎是在pH值为3下所获得的浸出深度的3倍。因而可确定的是，2以下的pH值是优选的。进行相同的检测，不同之处是将硝酸的温度从室温升高至70℃。结果，发现所得的浸出深度对时间的依赖性为在室温下所测得的依赖性的约十倍。因而发现酸性液的温度越高，浸出深度越大。
此外，使用玻璃A进行相同的检测，不同之处在于使用盐酸、硫酸和马来酸中的每种来代替硝酸。结果，在浸出深度对时间的依赖性方面显示出几乎相同的行为。另一方面，进行相同的检测，不同之处在于使用磷酸、柠檬酸和草酸中的每种来代替硝酸。结果，所得的浸出深度对时间的依赖性为用硝酸所测得的依赖性的约十倍。由此发现浸出不仅依赖于酸性液的pH值和温度，而且依赖于酸性液的种类。
随后，在表2中所示的条件下，还对玻璃B～D进行浸出深度的检测。
表2
Figure G2009102608608D00151
玻璃B～D的检测结果以及关于玻璃A的结果一起示于图12中。
与玻璃A相比，玻璃B～D更不易于通过浸出处理。然而，确定的是，如在玻璃A中一样，通过降低酸性液的pH值、升高酸性液的温度或者延长浸渍时间，可以控制其中的浸出深度。
如以上所解释，本发明的玻璃表面微细加工方法产生如下效果。如实施例1和2中所示，通过部分进行碱去除处理，然后进行研磨，在已进行碱去除处理的区域与未进行碱去除处理的区域之间的高度差关系被颠倒。因此，在玻璃表面上不仅可以形成微米级凹部和凸部，而且可以形成纳米级凹部和凸部，同时避免裂纹或横向裂纹的出现。此外，如实施例3中所示，例如通过浸出可以进行碱去除处理，使得通过调整酸性液的种类、pH值和温度以及在其中浸渍的时间来获得所需的浸出深度。可以通过适当调整随后研磨的时间来控制待最终形成的玻璃凹部或凸部的高度。
尽管已参照具体实施方式对本发明作了详细的描述，但对本领域技术人员而言显而易见的是，可对本发明作各种改变和修正，而不会偏离本发明的主题和范围。
本申请是以日本专利申请为基础(2008年12月19日提交的日本专利申请号2008-323665和2009年8月27日提交的日本专利申请号2009-196971)提交的，其全部内容引入本申请作为参考。
本申请中引用的全部文献均以其全部内容引入作为参考。

Claims (6)

1.一种用于在含碱金属氧化物的玻璃的表面上形成凸部的玻璃表面微细加工方法，所述方法包含：
对与待成为凸部的第二区域的表面相邻的第一区域的表面涂覆保护层的步骤；
从第二区域的所述表面去除碱离子的步骤；
从第一区域的所述表面去除保护层的步骤；和
对所述第二区域的已去除碱离子的所述表面以及所述第一区域的已去除保护层的所述表面进行研磨的步骤。
2.根据权利要求1所述的玻璃表面微细加工方法，其中所述从第二区域的表面去除碱离子的步骤包含将第二区域的表面与酸性液接触。
3.根据权利要求2所述的玻璃表面微细加工方法，其中所述酸性液具有5以下的pH值。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的玻璃表面微细加工方法，其中所述玻璃是磁盘用环状玻璃衬底。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的玻璃表面微细加工方法，其中所述玻璃是载玻片。
6.一种用于在含碱金属氧化物的玻璃的表面上形成凸部的玻璃表面微细加工方法，所述方法包含：
对与待成为凸部的第二区域的表面相邻的第一区域和第三区域的表面涂覆保护层的步骤；
从第二区域的所述表面去除碱离子的步骤；
从第一区域和第三区域的所述表面去除保护层的步骤；和
对所述第二区域的已去除碱离子的所述表面以及所述第一区域和第三区域的已去除保护层的所述表面进行研磨的步骤。
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