专利名称：用于微蚀刻玻璃基板的熔体的pH调整的制作方法
技术领域：
本发明概括地涉及微蚀刻玻璃基板。更具体地，本发明涉及一种调整增强熔体的pH以提供一种用于微蚀刻玻璃基板中(如用于数据存储装置中的玻璃盘片基板)的经调整的熔体的方法。
一般的数据存储装置包括通常为磁形式、磁光形式或光形式的存储介质，和用于分别从/向介质读/写数据的变换器。盘驱动器数据存储装置，例如，包括同轴安装到主轴马达轴心上的一个或多个数据存储盘片。主轴马达通常以数千转/分钟数量级或更高速度旋转数据存储盘片。表示各种类型数据的数字信息，一般通过一个或多个变换器、或者读/写头被写到数据存储盘片并从数据存储盘片读出，变换器或者读/写头被安装到执行元件组合上并通过快速旋转的盘片的表面。
例如，一般的磁盘驱动器中，数据被存储在涂覆在盘片基板上的磁层上。
盘片基板的几种特性显著地影响盘驱动器的面密度。一种这样的特性是盘片基板表面的均匀性，即，不存在基板表面缺陷。通常认为将悬浮高度、即读/写头与数据存储盘片表面之间的间隙距离最小化一般会提供增加的面密度。然而，本领域中也公认，在试图将悬浮高度最小化时，数据存储盘片表面的光滑度变成了关键因素和设计约束条件。使用具有高度均匀记录表面的数据存储盘片所提供的悬浮高度的显著降低可有利地产生增加的变换器读出灵敏度和增加的盘驱动器的面密度。盘片基板表面的均匀性影响记录表面的均匀性，因为溅射在盘片基板上的层、如磁层，将复制盘片基板的任何不规则表面形态。
通常盘片基板是基于铝的，如NiP涂覆的Al/Mg合金基板。用镍-磷镀涂覆铝镁合金的基板提供了允许盘片基板被抛光和超精加工的更硬的外表面。Hartog等人的美国专利6,236,542中描述了常规的超精加工方法和淤浆，该专利已经被转让给本申请的受让人。一般地，在用薄膜磁涂层溅射之前，将Al/Mg-NiP基板超精加工成具有胶体淤浆的光滑表面，例如含有胶体氧化硅和/或胶体氧化铝颗粒及蚀刻剂如硝酸盐的经pH调整的含水淤浆。然后通过一般的机械擦洗、分散和蚀刻的清洁机制将胶体淤浆从基板上清洁除去。表面活性剂和pH通常用于分散清洁，其中表面活性剂和pH用于使淤浆颗粒彼此分离并与基板分离。蚀刻通常是通过酸和酸性皂来完成的，它们侵蚀或溶解嵌入的淤浆颗粒之下的基板材料(底割(undercut))以使之从基板释放出来。一般用于NiP电镀的基于Al的基板的酸包括，例如，纯磷酸、硝酸、基于氢氟酸的皂和基于磷酸的皂。纯酸通常具有低于1的pH且皂通常具有高于1的pH。
清洁之后，用一系列的层如铬底层、磁层和碳保护层溅射基板。如果残余的淤浆颗粒留在基板上或者相对软的NiP层上有擦伤，被溅射的层就会复制不规则的表面形态，在抛光的盘上就产生了不平的表面。当读/写头滑过表面时，它将撞进由残余的颗粒和/或损伤所产生、比滑移间隙更高的凸起。这被称为滑移缺陷，它会最终引起盘驱动器的损坏。这些凸起还引起磁缺陷、腐蚀和盘片寿命的缩短。因此，需要从抛光的基板上除去残余的淤浆颗粒和/或损伤以使得基板尽可能地平滑。
不幸的是，基于铝的基板具有相对低的比刚度，以及相对低的抗冲击性和抗凹性。例如，Al/Mg-NiP基板的相对低的比刚度(一般为3.8Mpsi/gm/cc)使得这种类型的盘片基板对环境力敏感，这些环境力产生盘片颤动和振动，并且可能引起读/写头的撞击盘片基板的表面和在盘片基板的表面形成凹痕。
最近，玻璃基板已经用于便携式设备如便携式计算机中的盘驱动器。玻璃基板比基于铝的基板具有更高的抗冲击性和抗凹性，这对于装置会受到撞击、跌落和冲击、使得读/写头撞击盘片基板表面的便携式设备是重要的。如下面更详细地讨论的，玻璃基板一般通过浸入增强熔体中来增强。而且，玻璃基板的比刚度(一般≤6或7Mpsi/gm/cc)通常高于基于铝的基板。
玻璃的一个另外的优点是它比基于铝的基板更易于抛光为平滑表面且更易于维持为平滑表面(与NiP相比)。更平滑的基板可允许读/写头悬浮得更接近盘，这就产生了更高密度的记录。一些计算机盘驱动器的滑移高度为20纳米(约200)级和更小，这是一个特别小的界面距离。因此，玻璃基板可被抛光成更光滑的表面的事实使得工业从基于Al的基板转到玻璃基板更合乎需要，不仅对于用于便携式设备中的盘驱动器是如此，而且对于用于固定设备中的盘驱动器也是如此。
正如基于铝的基板，玻璃基板的表面需要用淤浆来进行抛光和超精加工以提供利用原子平滑的表面。这样的常规超精加工方法和淤浆在以上参考的Hartog等人的美国专利6,236,542中也进行了描述。一般地，在于增强熔体中增强和用薄膜磁涂层溅射之前，用胶体淤浆(如含有胶体氧化硅和/或胶体氧化铝颗粒及蚀刻剂如硫酸铈的经pH调整的含水淤浆)使玻璃基板超精加工成平滑的表面。
在该常规超精加工抛光方法中，即使淤浆具有用于胶体氧化硅的通常的稳定剂以阻止氧化硅颗粒互相粘合(颗粒间的硅氧烷键合)、电荷排斥和/或空间稳定剂，胶体氧化硅颗粒不仅通过通常的色散力、范德华力和氢键附着在被抛光的表面上，而且，与NiP不同，还通过分子键合附着在被抛光的表面上。利用聚乙烯醇(PVA)垫的皂擦洗、超声波或兆赫兹超声波(megasonics)的标准方法将不会除去任何有意义的百分比的这种分子键合氧化硅颗粒。正如基于铝的基板，如果这些颗粒留在玻璃基板上，就会产生可最终引起盘驱动器失效的滑移缺陷。这些滑移缺陷还将进一步引起磁缺陷、腐蚀和盘片寿命的缩短。
这个问题的次最佳解决方法是使用比清洁皂更强的酸或碱溶液蚀刻玻璃基板或者底割淤浆颗粒，类似于在非超精加工抛光淤浆之后从Al/Mg-NiP基板上除去硬的α氧化铝所做的。然而，这种技术可通过表面形态学变化如局部腐蚀和化学组分变化损坏玻璃基板的表面抛光。玻璃对高的pH和温度下的腐蚀性蚀刻以及酸蚀刻和过度强烈的酸溶液(如氢氟酸)耐受性低。这种对超精加工玻璃基板的损伤可能足以不利地影响由随后溅射方法所沉积层的形态并可引起磁失效、滑移失效和腐蚀失效。
这个问题的更好的解决方法是使用利用酸、中性或碱溶液的清洁抛光蚀刻方案/方法(一种通过用蚀刻溶液而不是淤浆在抛光垫上运转盘片基板来实施的方法，即，在清洁抛光蚀刻溶液中没有淤浆颗粒)以在抛光条件下蚀刻玻璃基板和/或所附着的淤浆颗粒从而维持超精加工表面同时通过蚀刻和稀释来除去超精加工抛光淤浆碎屑。这样的清洁抛光蚀刻方案/方法在转让给IBM公司的、名称为“CLEANING POLISH ETCHCOMPOSITION AND PROCESS FOR A SUPERFINISHED SURFACEOF A SUBSTRATE”的共同未决美国专利申请09/976,412中已公开。使用PVA擦洗、超声波或兆赫兹超声波的自身蚀刻(即上述的第一方案)是为了从Al/Mg-NiP或玻璃基板除去淤浆颗粒所进行的，但由于使用低于20nm的滑移高度，清洁抛光蚀刻方案/方法确保了如此小的颗粒(即，滑移高度越低，需要取出的颗粒越小，由此除去它们越困难)的100％的表面清洁同时维持表面抛光。然而，清洁抛光蚀刻方法增加了设备和处理成本。尽管如此，没有清洁抛光蚀刻方法仅使用化学蚀刻可损伤玻璃基板的表面，这是由于玻璃材料对酸蚀刻或过度强烈的腐蚀性蚀刻溶液耐受性低。
这个问题的甚至更好的解决方法是使用自清洁的胶体淤浆和方法，如转让给IBM公司的、名称为“SELF-CLEANING COLLOIDAL SLURRYCOMPOSITION AND PROCESS FOR FINISHING A SURFACE OF ASUBSTRATE”的共同未决美国专利申请09/976,167中所公开的。淤浆包括承载流体、胶体颗粒、蚀刻剂和吸附和/或沉淀到胶体颗粒和/或基板表面上的表面活性剂。表面活性剂具有形成位阻障碍且基本阻止污染物(包括胶体颗粒)结合到基板表面上的疏水部分。随后用标准的皂溶液的清洁从基板表面除去基本所有残留的污染物。
清洁后，一般对玻璃基板进行化学增强。化学增强是玻璃处理领域中已知的。化学增强中，将基板浸入增强熔体、如熔融的硝酸钾和/或硝酸钠中，通常至少1小时以增强玻璃防止破裂。在增强熔体中，离子交换过程通过在低于玻璃的转变温度的温度下将基板表面附近较小的离子交换为增强熔体的较大的离子以在基板表面产生压力应力区来增强玻璃基板。
已知通过轻微蚀刻或者微蚀刻可改善玻璃盘片基板的表面，由此可改善所得的数据存储盘片的性能和耐久性。按照惯例微蚀刻是一般在基板被超精加工、清洁和增强之后，通过将玻璃盘片基板浸入到强酸浴如氢氟(HF)酸浴中来完成的。不幸的是，将基板浸入强酸浴中涉及到安全危险和额外的工艺步骤。而且，通过如利用强酸或者碱溶液的技术可损坏玻璃基板的表面抛光。这种损坏可包括表面形态改变如局部腐蚀和化学组成改变。玻璃对高pH和温度下的腐蚀性蚀刻和酸蚀刻和过度强烈的酸溶液如HF酸耐受性低。这种对超精加工过的玻璃基板的损伤足以不利地影响由随后溅射方法所沉积的层的形态并可引起磁失效、滑移失效和腐蚀失效。
如果希望盘驱动器走向玻璃基板化的市场趋势获得成功，那么就需要一种用于微蚀刻玻璃基板的增强了的机制。优选地，这种增强了的机制不会涉及到额外的工艺步骤和安全危险。而且，这样的增强了的机制优选不会引起对玻璃盘片基板的超精加工过的表面的不希望的损坏。
本发明的目的是提供一种用于微蚀刻玻璃基板的增强了的机制。
本发明的另一目的是提供一种这样的不会涉及到额外工艺步骤和安全危险的、用于微蚀刻玻璃基板的增强了的机制。
本发明的在另一种目的是提供一种这样的不会引起对玻璃盘片基板的超精加工过表面的不希望的损坏的增强了的机制。
本发明提供了一种如权利要求1所要求保护的方法。
将碱(如氢氧化钠)加入到增强熔体中以增加pH到一定水平，在该水平(如对硅酸盐玻璃而言是约9至11的pH)会在水溶液中发生对于给定玻璃的微蚀刻。优选地，将玻璃基板浸入到经调整的熔体中至足以提供所需程度微蚀刻的时间(如对硅酸盐玻璃而言是约1至24小时或更长时间)，其中经调整的熔体的温度低于玻璃的应变点、或者转变温度(如对硅酸盐玻璃在熔融的硝酸钾和/或硝酸钠中为约280℃至420℃)。更优选地，玻璃基板是硅铝酸盐，经调整的熔体具有约10的pH，在约360℃将玻璃基板浸入到经调整的熔体中约2到4小时。这种单一的浸渍操作既增强玻璃基板又微蚀刻玻璃基板，而没有额外的工艺步骤和安全担忧。玻璃基板表面的轻微蚀刻，即微蚀刻，改善了由玻璃基板所制得的数据存储盘片的性能和耐久性。对玻璃盘片基板而言，一般优选微蚀刻产生在约5至约7范围内的总表面微观精糙度(Rq)。这种程度的微蚀刻一般将气动力添加到头/盘界面处，降低了滑动器调节和头的撞击，并改善了偏离磁道错误比率。为了避免可对基板表面产生不需要损坏的过度强烈的蚀刻，如果随后确定pH已经移向上限(如对硅酸盐玻璃而言上限pH为约11)则可将酸(如硝酸)加入到经调整的熔体中。
从下面对由附图所示的本发明实施方案的详细描述可最好地理解本发明和上述的以及其它的目的和优点，附图中类似的标记表示类似的元件。
图1是上外壳盖被移去且使用一个或多个具有用根据本发明的经pH调整的熔体微蚀刻的玻璃盘片基板的数据存储盘片的数据存储装置的顶视图。
图2是包括多个具有用根据本发明的经pH调整的熔体微蚀刻的玻璃盘片基板的数据存储盘片的数据存储装置的侧平面图。
图3是用根据本发明的经pH调整的熔体微蚀刻而成盘片基板的透视图。
在下面详细描述的示例性实施方案中，通过将氢氧化钠加入到含有硝酸钾和硝酸钠的常规增强熔体中以使pH从7.0的初始pH增加到10.2的经调整的pH来制得经调整的熔体。超精加工过的硅铝酸盐玻璃盘片基板通过浸入到360℃的经pH调整的熔体(pH＝10.2)中3小时来既被增强又被微蚀刻。表面微蚀刻是均匀的且没有通过原子力显微镜(AFM)所看到的突出部分或峰。总(均方根)表面微观精糙度(Rq)为5.23。高于平均粗糙度(Rp)的峰的平均高度为28，在最高峰与最低谷之间的差(Rmax)为45。通过将记录层施加到用经pH调整的熔体(pH＝10.2)(与常规增强熔体(pH＝7.0)相比)所处理的硅铝酸盐玻璃盘片基板的微蚀刻表面上可提供具有改善性能和耐久性的的数据存储盘片。
下面参考附图，特别是参考图1和图2，其中显示出了使用具有用根据本发明优选实施方案的经pH调整的熔体进行微蚀刻的盘片基板的磁盘的磁性数据存储装置20。图1中显示了磁数据存储装置20，其具有从外壳21的底板22移去的盖(未示出)。正如从图2中最好地看出的，磁数据存储装置20包括一个或多个由主轴马达26转动的刚性数据存储盘片24。刚性数据存储盘片24与其上形成记录层的盘片基板构造在一起。在示例性的结构中，可磁化的记录层形成于玻璃盘片基板上。此外，光学记录层或者磁光记录层可代替可磁化记录层形成在盘片基板上。
再参考图1，执行元件组合37通常包括多个插入的调节器臂30，每个臂具有一个或多个悬挂28和安装在空气滑动器(airbearing slider)29上的变换器27。变换器27通常包括从/向数据存储盘片24读/写信息的组件。每个变换器27可以为，例如磁阻(MR)头，其具有写元件和MR读元件。或者，每个变换器可以是具有组合的读/写元件或者分开的读和写元件的感应头，或者是具有分开的或组合的读和写元件的光头。执行元件组合37包括线圈组36，它与永磁结构38共同操作以作为对由控制器58所产生控制信号做出反应的调节器音圈电机(VCM)39。控制器58优选包括控制电路，该控制电路协调数据从/向数据存储盘片24的转移，当从/向数据存储盘片24读/写数据时，控制电路与VCM 39共同操作以移动调节器臂30和悬挂28，从而定位变换器27到规定的轨50和扇区52位置。
图3示出了利用根据本发明优选实施方案的pH经调整的熔体进行微蚀刻的盘片基板。具有盘片基板表面302的盘片基板300优选为具有相对高比刚度(如m3.8Mpsi/gm/cc)的材料，如玻璃或玻璃-陶瓷。更优选地，盘片基板300是硅铝酸盐玻璃。常见的基板材料，如硅铝酸盐玻璃，被选择作为最好显示本发明的教导的优选实施方案。然而，应该理解，本发明不仅限于硅铝酸盐玻璃。也可使用其它的基于玻璃的基板材料，如氧化硅钠钙玻璃和玻璃-陶瓷。下文中这些基于玻璃的基板被称作玻璃基板。
可使用的代表性组合物及其相对比刚度(Mpsi/gm/cc)在下面表1中显示。
表1材料比刚度硅铝酸盐玻璃4.9硅锂酸盐玻璃5.2硅碱钙石玻璃陶瓷4.6燧石玻璃陶瓷6.6石英玻璃4.9-6.1这些材料可单独使用或者组合使用以提供适当刚度的盘片基板。优选地，盘片基板具有至少约3.8Mpsi/gm/cc的刚度。
玻璃一般为具有硅和氧的结构的硅酸盐材料，其中硅原子四面体配位至周围的的氧原子上。许多材料可用于形成玻璃，如氧化硼、氧化硅、氧化锗、氧化铝、氧化磷、氧化钒、氧化砷、氧化锑、氧化锆、氧化钛、氧化铝、氧化钍、氧化铍、氧化镉、氧化钪、氧化镧、氧化钇、氧化锡、氧化镓、氧化铟、氧化铅、氧化镁、氧化锂、氧化锌、氧化钡、氧化钙、氧化锶、氧化钠、氧化镉、氧化钾、氧化铷、氧化汞和氧化铯。
玻璃-陶瓷也可用于盘片基板中。玻璃-陶瓷一般是利用常规的玻璃制造技术从玻璃和陶瓷材料的熔体材料得到的。随后，这些材料再热循环以引起结晶。典型的玻璃-陶瓷为，例如，β-石英固溶体，SiO2；β-石英；硅酸锂；Li2O-SiO2；焦硅酸锂；Li2(SiO2)2；β-锂辉石固溶体；锐钛矿，TiO2；β-锂辉石固溶体；金红石TiO2；β-锂辉石固溶体；富铝红柱石，3Al2O3--2SiO2；β-spodumene dorierite，2MgO--2Al2O3--5SiO2；尖晶石，MgO--Al2O3；MgO-填充的；β-石英；石英；SiO2；α-石英固溶体，SiO2；尖晶石，MgO--Al2O3；顽辉石，MgO--SiO2；氟金云母(fluorphlogopite)固溶体，KMg3AlSi3O10F2；富铝红柱石，3Al2O3--2SiO2；和(Ba，Sr，Pb)Nb2O6。
盘片基板可完全由一种材料制得，或者可包括施于内核的至少一个表面上的涂层。
可将任何常规的抛光和/或超精加工方法和淤浆颗粒除去技术用于制备用于浸入pH经调整的熔体中的玻璃基板(和/或浸入pH经调整的熔体中之后)，并且，本发明既限于上述的超精加工方法和清洁技术，也不限于这些方法和技术相对于将玻璃基板浸入pH经调整的熔体中的顺序。
增强熔体通常为硝酸盐如硝酸钾(KNO3)和/或硝酸钠(NaNO3)。然而，其它增强熔体可用于代替KNO3和/或NaNO3或者加入KNO3和/或NaNO3中。可用于本发明中的增强熔体的例子包括KNO3、NaNO3、AgNO3、K2Cr2O7、Na2Cr2O7等及其组合。
可以将适量的碱加入到增强熔体中以将经调整的熔体的pH增加到预定的pH范围内。选择预定的pH范围使得经调整的熔体会轻微地蚀刻浸入其中的玻璃基板的表面。玻璃基板表面的轻微蚀刻，即微蚀刻，改善由玻璃基板所制得数据存储盘片的性能和耐久性。对玻璃基板而言，通常优选微蚀刻产生在约5至约7范围内的总表面微观精糙度(Rq)。
微蚀刻方法产生所希望的、增加随后沉积在玻璃基板上的层(如记录层)的气动力和粘附/键合的表面粗糙度。气动力的改善降低由于作用在头上的径向力而致的偏离磁道拉力并改善头的悬浮稳定性。当增强熔体的pH在预定pH范围内时，将产生玻璃基板表面的微量的和可控的蚀刻。然而，当增强熔体的pH增加到超过预定pH范围的上限时产生过度强烈的蚀刻，这引起对超精加工过表面的不希望的损坏(如表面形态改变，如局部腐蚀和化学组成改变)，这些不希望的损坏可足以不利地影响通过随后过程沉积的层的形态并可产生磁失效、滑移失效和腐蚀失效。
例如，对微蚀刻硅酸盐玻璃而言，经调整的熔体的预定pH范围通常包括高于和低于10的数值。更特别地，用于微蚀刻硅酸盐玻璃的预定pH范围优选9至11，更优选9.5至10.5。优选在增强熔体处于熔融状态时加入碱且优选选择碱以避免当加入到增强熔体中时形成颗粒。例如，对于基于硝酸盐的增强熔体(如硝酸钾和/或硝酸钠)，氢氧化钠或钾是不形成颗粒的。其它的碱也可代替氢氧化钠和钾，或者额外加入到氢氧化钠和钾中。有用的不形成颗粒的碱一般包括无机碱，如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氧化银(I)和它们的组合。无论如何，优选选择碱以避免增强熔体中形成颗粒。
优选地，将玻璃基板浸入经调整的熔体中足以提供所需程度微蚀刻的时间(如对硅酸盐玻璃而言为约1至24小时或更长时间)同时将经调整的熔体的温度保持在低于玻璃的应变点或者转变温度(如对处于熔融硝酸钾和/或硝酸钠中的硅酸盐玻璃而言为约280℃至420℃)。更优选地，玻璃基板为硅铝酸盐，经调整的熔体具有约10的pH，且玻璃基板被浸入到经调整的熔体中约2至4小时同时温度保持在约360℃。这种单一的浸渍操作既增强玻璃基板又使玻璃基板微蚀刻，同时没有额外的工艺步骤和安全担忧。玻璃基板表面的轻微蚀刻，即微蚀刻，改善了由玻璃基板制得数据存储盘片的性能和耐久性。微蚀刻通常将气动力稳定性添加到头/盘界面处，降低了滑动器震动幅度和头撞击，并改善了偏离磁道错误比率。为了避免可使基板表面产生不希望的损坏的过度强烈的蚀刻，如果随后确定pH已被移至高于上限(如对硅酸盐玻璃而言约11的pH上限)，则可将酸(如硝酸)加入到经调整的熔体中。
增强熔体承受了可引起其中增强的玻璃基板的腐蚀性蚀刻增强、在玻璃基板表面上产生埃至纳米大小的凹坑的pH变化。pH变化可源自如增强熔体、玻璃基板自身(通常为碱玻璃)的热分解和/或具有高pH的盐的引入。通常随着增强熔体处理越来越多的玻璃基板的重复使用，pH变化变得越来越严重。
如果经调整的熔体的pH增加到高于预定pH上限，则可以加入适量的酸。选择pH上限以使得酸中和盐浴并基本消除腐蚀性蚀刻。例如，对微蚀刻硅酸盐玻璃而言，pH上限优选11，且更优选10.5。除了pH变化之外，如果加入太多的碱，则向经调整的熔体中将加入酸是必要的。优选在经调整的熔体处于熔融状态时加入酸且优选选择酸以避免当酸加入到经调整的熔体中时形成颗粒。例如，对于基于硝酸盐的熔体(如硝酸钾和/或硝酸钠)，硝酸是不形成颗粒的。然而，本发明并不限于将硝酸用作不形成颗粒的酸。其它不形成颗粒的酸也可代替硝酸使用，或加入到硝酸中。有用的不形成颗粒的酸通常包括如硝酸和铬酸的酸及其组合。无论如何，优选选择酸以避免当酸加入到经调整的熔体中时形成颗粒。
对基于硝酸盐的熔融盐浴而言，使用硝酸(HNO3)作为不形成颗粒的酸且使用氢氧化钾(KOH)和/或氢氧化钠(NaOH)作为不形成颗粒的碱的优点是中和产物为硝酸钾(KNO3)和硝酸钠(NaNO3)，它们通常为熔融盐浴中的成分。类似地，对基于重铬盐酸的熔融盐浴而言，使用铬酸(CrO3)作为不形成颗粒的酸且使用氢氧化钾(KOH)和/或氢氧化钠(NaOH)作为不形成颗粒的碱的优点是中和产物为重铬酸钾(K2Cr2O7)和重铬酸钠(Na2Cr2O7)，它们通常为熔融盐浴中的成分。而且，熔融盐浴中的其它碱类会中和成离子形式的硝酸盐或重铬酸盐化合物，它们通常构成熔融盐浴的100％。中和产物一般为传统的酸/碱盐——在这一具体情况下，为硝酸化的或重铬酸化的离子化合物。
优选基于熔体的pH确定加入到熔体中的酸或碱的适当的数量。优选地，加入适当数量的酸或碱以保持熔体的pH在预定的pH范围内——对硅酸盐玻璃而言优选为9至11，更优选9.5至10.5。
可利用常规技术来确定熔体的pH。因为熔体不是含水环境，因而其pH一般不使用例如pH计直接测定。相反，熔体的pH可利用其它常规的技术来测定，例如通过用已知摩尔浓度的试剂滴定来间接测定熔体中苛性材料(如氧化钠、氧化锂、氧化钾和从玻璃基板分离出的类似物质)。本领域中这种常规的pH确定技术是公知的，因此本文中不作进一步讨论。
由于加入酸或碱时熔体为熔融状态，该加入优选缓慢进行且在靠近熔体底部处进行。例如，可以用计量泵控制酸或碱通过位于熔体容器底部的分散出口加入的速度。
通过将10gm的氢氧化钠(NaOH)加入到含有30磅硝酸钾(KNO3)和硝酸钠(NaNO3)的熔融盐混合物(约60/40)来显示增加熔体的pH的能力。这种情况下，熔体具有8.77的初始pH并被升高到10.5的pH。
通过将5.0ml的硝酸(HNO3)加入到含有30磅硝酸钾(KNO3)和硝酸钠(NaNO3)的熔融盐混合物(约60/40)来显示降低熔体的pH的能力。这种情况下，熔体具有9.1的初始pH并被降低到6.5的pH。
熔体的pH可定期(如在处理预定数目的玻璃基板之后和/或在熔体被加热预定的时间之后)或者在特殊事件之后(如在温度漂移之后和/或在材料被加入熔体之后)确定。
另外，被加入到熔体中的适量酸或碱可在不实际确定熔体的pH的情况下确定。例如，熔体的pH可基于处理历史(如已被处理的玻璃基板的数目和/或熔体被加热的时间)来估计(而不实际确定)。
当熔体在预定pH范围内被调整时，可通过调整熔体的温度和/或浸渍持续时间来控制蚀刻程度。例如，硅酸盐玻璃盘片基板优选浸入在pH经调整的熔体中约1至24小时或更长时间，同时保持温度在约280℃至420℃，更优选约2至4小时，同时保持温度在约360℃。在pH经调整的熔体中处理的玻璃盘片基板的表面蚀刻是均匀的且没有如通过原子力显微镜(AFM)所看到的突出部分或峰。
实施例将氢氧化钠(NaOH)加入到含有60％硝酸钾(KNO3)和40％硝酸钠(NaNO3)的30磅熔融盐浴混合物的常规增强熔体中，以使pH从7.0的初始pH增加到10.2的经调整的pH。加入了约10gm的氢氧化钠。在360℃下将超精加工过的硅铝酸盐玻璃盘片基板在常规的增强熔体(pH＝7.0)和pH经调整的熔体(pH＝10.2)中处理3小时。在常规的增强熔体(pH＝7.0)中处理的超精加工过的硅铝酸盐玻璃盘片基板被增强了，但没有被微蚀刻。相反，在pH经调整的熔体(pH＝10.2)中处理的超精加工过的硅铝酸盐玻璃盘片基板既被增强了，也被微蚀刻了。表面微蚀刻是均匀的且没有如通过原子力显微镜(AFM)所看到的突出部分或峰。在pH经调整的熔体(pH＝10.2)中被增强和被微蚀刻过的硅铝酸盐玻璃盘片基板具有5.23/28/45的Rq/Rp/Rmax的表面粗糙度参数。在常规的增强熔体(pH＝7.0)中被增强的硅铝酸盐玻璃盘片基板具有3.94/21/54的Rq/Rp/Rmax的表面粗糙度参数。通过将记录层施于用pH经调整的熔体(pH＝10.2)处理的硅铝酸盐玻璃盘片基板的微蚀刻表面上可提供具有改善性能和耐久性(与用常规的增强熔体(pH＝7.0)相比)的数据存储盘片。
本发明可用于其它数据存储介质应用中，如光学存储介质应用。另外，本发明除了数据存储装置应用之外的应用中，还可用于如透镜制造应用、镜子制造应用或者其它涉及到微蚀刻玻璃基板的应用中。
权利要求
1.一种调整增强熔体的pH以提供用于微蚀刻玻璃基板的经调整的熔体的方法，包括以下步骤提供增强熔体；通过将碱加入到增强熔体中使得被调整熔体的pH足以微蚀刻具有选定玻璃组成的玻璃基板提供经调整的熔体。
2.一种微蚀刻玻璃基板的方法，包括以下步骤利用权利要求1所述的方法调整增强熔体的pH；和将具有选定玻璃组成的玻璃基板置于经调整的熔体中。
3.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其中增强熔体包括硝酸钾、硝酸钠、硝酸银、重铬酸钾和重铬酸钠中的至少一种；且其中碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化锂和氧化银(I)中的至少一种。
4.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其中增强熔体包括硝酸钾和硝酸钠中的至少一种；且其中碱包括氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。
5.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其中玻璃基板是硅铝酸盐玻璃基板，经调整的熔体的pH不低于约10，经调整的熔体的温度为约360℃，且将硅铝酸盐玻璃基板置于经调整的熔体中约2至4小时。
6.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其中玻璃基板为硅酸盐玻璃基板，且还包括如下步骤确定经调整的熔体的pH；如果pH确定为高于约11则将酸加入到经调整的熔体中。
7.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其中增强熔体包括硝酸钾、硝酸钠、硝酸银、重铬酸钾和重铬酸钠中的至少一种；且其中碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化锂和氧化银(I)中的至少一种。
8.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其中玻璃基板为用于存储设备中的玻璃盘片基板。
9.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其中玻璃基板是硅酸盐玻璃基板，经调整的熔体的温度足够高以使经调整的熔体为液体但低于硅酸盐玻璃基板的应变点，且将硅酸盐玻璃基板置于经调整的熔体中至少1小时。
10.使用如上述权利要求中任意一项所述的方法进行微蚀刻的玻璃基板。
全文摘要
一种调整增强熔体的pH以提供用于微蚀刻玻璃基板(如用于数据存储设备中的玻璃盘片基板)的经调整的熔体的方法。将碱加入到增强熔体中以升高其pH。在硅铝酸盐玻璃盘片基板上提供所需程度的微蚀刻，例如，通过在360℃浸入调整具有10的pH的熔体中2－4小时。这种单一的操作既增强玻璃基板又微蚀刻玻璃基板。玻璃基板的表面的轻微蚀刻，即微蚀刻，改善了由基板所制得数据存储盘片的性能和耐久性。为了避免可使玻璃表面产生不希望的损坏的过度强烈的蚀刻，如果pH随后确定为已移至高于上限可向熔体中加入酸。
文档编号C03C15/00GK1656037SQ03811425
公开日2005年8月17日 申请日期2003年5月15日 优先权日2002年6月13日
发明者T·L·詹森, J·W·马里耶, D·H·皮尔廷斯鲁达, R·A·斯普拉格 申请人:国际商业机器公司