超音波乾燥装置及び基板処理方法
【課題】装置の構成が簡単且つ安価であって、被処理基板に熱や過大な衝撃を与えることなく、非接触でかつ瞬間的に、微細な凹部に溜まった液体を飛散させ、液体と同時に不純物を除去できる超音波乾燥装置、及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法を提供する。
【解決手段】超音波Φを発生する超音波振動子２１と、この超音波振動子２１を駆動制御する振動子駆動制御装置３５と、超音波Φを反射し、空気中に超音波Φの定在波を励振させる反射板２３と、定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に被処理基板２２ａを移動させる基板位置制御機構（２５，３２）とを備え、最適霧化位置において被処理基板２２ａの凹部に溜まった液体を霧化して除去する。
【解決手段】超音波Φを発生する超音波振動子２１と、この超音波振動子２１を駆動制御する振動子駆動制御装置３５と、超音波Φを反射し、空気中に超音波Φの定在波を励振させる反射板２３と、定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に被処理基板２２ａを移動させる基板位置制御機構（２５，３２）とを備え、最適霧化位置において被処理基板２２ａの凹部に溜まった液体を霧化して除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いた乾燥装置及び基板処理方法に係り、特に、プリント基板等の種々の被処理基板の水等の液体による洗浄工程、洗浄後の乾燥工程において、被処理基板の微細な凹部に貯まった水等の液体を、効率よく乾燥する超音波乾燥装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高密度配線が可能で、小型化及び軽量化が図れる多層配線構造を有するプリント基板の需要が急増し、種々の多様な電子機器等に使用されている。加工精度の向上に伴い、多層構造をなす絶縁基板の上面、裏面、及びその内部には導体配線が微細化されて設けられ、個々の導体配線は、ビアと呼ばれる金属製の導電側壁を有する孔によって層間接続がされている。ビアには様々な種類があり、絶縁基板の全層を貫通する貫通孔ビア（スルーホールビア）、絶縁基板の全層を貫通させずに特定の層間のみを接続する有底孔ビア（ブラインドビア）、内層の層間接続をし、基板表面には開口していない埋め込みビア（バリードビア）等の種々の構造が採用されている。貫通孔ビアのビア径は機器の小型化に伴って小径なものが求められることになるが、例えば、５０μｍ〜２ｍｍφ等のものが知られている。
【０００３】
プリント基板が電子機器に利用されるにあたって、プリント基板の洗浄工程、洗浄後の乾燥工程が存在する。プリント基板に限らず、基板材料が製品となる過程で、種々の基板の洗浄は不可欠なものとなっており、各種プロセス処理や電子・光学部品の信頼性において悪影響を及ぼす汚れを除去すると共に、表面状況を均質にすることによって電子・光学部品の特性や生産性及び信頼性の向上を図っている。
【０００４】
プリント基板を水洗い洗浄後に乾燥するには、従来は、熱風乾燥やスピン乾燥を行なうのが一般的であった。熱風乾燥はコンベアで搬送されるプリント基板に４０〜１００℃の乾燥した熱風を吹きかけて同基板に付着している水分を蒸発させるものであり、スピン乾燥はプリント基板を高速回転する回転板の上にセットして高速回転させ、遠心力でプリント基板に付着している水を吹き飛ばすものである。熱風乾燥においては、水が乾燥した跡に水のシミが残るという問題があり、更に、プリント基板に熱を加えることによって、プリント基板が反り、層間剥離が生じる可能性がある。
【０００５】
スピン乾燥においては、プリント基板の孔内や凹凸部にある水が飛ばされにくく、完全な乾燥が難しい上に、そこに含まれる塵等の不純物がビアに残るという問題があった。更にプリント基板を回転板にセットしなければならないため、流れ作業の一環として乾燥を行なうことができなかった。
【０００６】
斯かる事情を鑑み、従来、乾燥室と、プリント基板を搬送して乾燥室内を通過する搬送体と、搬送体により搬送されるプリント基板に２０ＫＨＺ 〜１００ＫＨＺ の音波を当てて、プリント基板の表面に付着している水（表面水）を振動させて除去するスピーカとを備え、搬送体は２０ＫＨＺ 〜１００ＫＨＺ の音波が通過可能であり、スピーカは乾燥室内における搬送体の上下に配置されて、スピーカから発生された２０ＫＨＺ 〜１００ＫＨＺ の音波をプリント基板の上下から当てる表面水除去装置が提案されている（特許文献１参照。）。特許文献１に記載の表面水除去装置では、上方のスピーカから出力される音波はプリント基板の上面側の水滴を活性化して除去し、下方のスピーカから出力される音波はプリント基板の下面側の水滴を活性化して除去し、プリント基板の表面の水を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３１６３２３９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の表面水除去装置では、搬送体の上下にスピーカを配置して、上方のスピーカから出力される音波で上面側の水滴を活性化して除去し、下方のスピーカで下面側の水滴を活性化して除去する必要があり、装置の構成が複雑であるのにも関わらず、２０ＫＨＺ 〜１００ＫＨＺ の音波を用いて、プリント基板に付着している水を振動させて、単に、吹き飛ばして（振るい落して）いるにすぎない（特許文献１の段落［００１３］，［００１７］，［００１９］の欄参照。）。又、特許文献１に記載の発明では、超音波を集中して強力な超音波の場を発生させることの考慮もされていないので、凹部の寸法が微細化された場合は、微細化された凹部に貯まった水を完全に除去することが困難であった。更に、特許文献１に記載の表面水除去装置では、被処理基板に過大な音圧（衝撃）がかかり、被処理基板を損傷する恐れもあった。
【０００９】
プリント基板の水洗い洗浄工程、洗浄後の乾燥工程以外でも、種々の基板の液体によるウェット洗浄工程、洗浄後の乾燥工程において、種々の基板の微細な凹部の中に水等の液体が溜まり、故障の原因となるといった問題が生じている。特に、ブラインドビア等の有底孔に溜まった液体は、空気が通過していかないことから、風圧での除去は難しく、大きな問題となっている。
【００１０】
上記の問題点を鑑み、本発明は、微細な凹部を有する種々の被処理基板の液体によるウェット洗浄工程、洗浄後の乾燥工程に用いることが可能な超音波乾燥装置であって、装置の構成が簡単且つ安価であって、被処理基板に熱や過大な衝撃を与えることなく、非接触でかつ瞬間的に、微細な凹部に溜まった液体を飛散させ、液体と同時に不純物を除去できる超音波乾燥装置、及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の態様は、超音波を発生する超音波振動子と、この超音波振動子を駆動制御する振動子駆動制御装置と、超音波を反射し、空気中に超音波の定在波を励振させる反射板と、定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に被処理基板を移動させる基板位置制御機構とを備え、最適霧化位置において被処理基板の凹部に溜まった液体を霧化して除去する超音波乾燥装置であることを要旨とする。
【００１２】
本発明の他の態様は、（イ）凹部を有する被処理基板を、液体でウェット洗浄する洗浄工程と、（ロ）この洗浄工程の後、超音波を発生する超音波振動子、この超音波振動子を駆動制御する振動子駆動制御装置、超音波を反射し、空気中に超音波の定在波を励振させる反射板を有する超音波乾燥装置を用い、超音波振動子と反射板の間の定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に被処理基板を移動させる工程と、（ハ）最適霧化位置において、被処理基板の凹部に溜まった液体を超音波によって霧化して除去する工程とを含む基板処理方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、微細な凹部を有する種々の被処理基板の液体によるウェット洗浄工程、洗浄後の乾燥工程に用いることが可能な超音波乾燥装置であって、装置の構成が簡単且つ安価であって、被処理基板に熱や過大な衝撃を与えることなく、非接触でかつ瞬間的に、微細な凹部に溜まった液体を飛散させ、液体と同時に不純物を除去できる超音波乾燥装置、及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の原理的な説明するための上面側からみた模式的な部分断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の処理対象となる被処理基板の一例として示す、代表的なプリント基板の上面図（平面図）である。
【図３】図１と直交する角度からみた、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の概略構成を具体的に説明する部分断面図を含むブロック図である。
【図４】被処理基板の貫通孔ビアに溜まった水を、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置を用いて、超音波の音響放射圧の作用で貫通孔ビアの外へ水滴として押し出す様子を説明する模式図である。
【図５】被処理基板の貫通孔ビアに溜まった水を、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置を用いて、キャピラリー波を発生させて超音波霧化し、貫通孔ビアの外へ飛散させる様子を説明する模式図である。
【図６】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、超音波振動子と反射板の間に定在波が励起されて、音圧のピークが生じたことを示す測定データの一例である。
【図７】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、超音波振動子と被処理基板の間隔を変化させながら音圧測定を行なった結果を示し、被処理基板の位置を０．１ｍｍ変化させる毎に反射板の最適位置も被処理基板の位置と連動して０．１ｍｍずつ変化し、音圧が極大値をとるのは被処理基板の位置が６．７ｍｍのときであることを示す図である。
【図８】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、被処理基板の位置を６．７ｍｍとした際の、反射板の位置と音圧との関係（黒丸）、印加電圧と超音波検出器の出力電圧の位相差と反射板の位置との関係（白抜きの四角）を示し、音圧が極大となる位置よりも手前側の反射板の位置では位相差がほぼ線形に変化し、位相差が−９０°付近で音圧が極大となっていることを示す図である。
【図９】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、超音波振動子の振動面と被処理基板の左側の表面の間隔Ｌを変化したときの、貫通孔ビアに充填された水の脱水の容易さ（確率）を縦軸に、波長λ＝１２．１ｍｍで規格化した間隔Ｌを横軸に、それぞれ表わした図である。
【図１０】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、被処理基板の表面を鉛直方向から角度θだけ傾けて超音波の入射角θを変化し、入射角θの変化が脱水効果に与える影響を調べる実験の測定系を説明する模式図である。
【図１１】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、貫通孔ビアの内部に水とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）をそれぞれ充填し、超音波振動子の振動面と被処理基板の左側の表面の間隔Ｌを変化させた場合の、脱水の容易さ（確率）を縦軸に、波長λ＝１２．１ｍｍで規格化した間隔Ｌを横軸に、それぞれ表わした図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の原理的な説明するための上面側からみた模式的な部分断面図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の概略構成を具体的に説明する上面図（平面図）である。
【図１４】貫通孔ビアと有底孔ビアでは、超音波霧化の発現領域が異なることを説明する図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、超音波振動子の振動面と被処理基板の左側の表面の間隔Ｌを変化したときの、有底孔ビアに充填された水の脱水の容易さ（確率）を縦軸に、波長λ＝１２．１ｍｍで規格化した間隔Ｌを横軸に、それぞれ表わした図である。
【図１６】第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、超音波の振幅を大きくすればするほど、アスペクト比の高い（より深い）有底孔ビアの水が脱水できることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１６】
又、以下に示す第１及び第２の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、図１及び図３に示すように、超音波Φを発生する超音波振動子２１と、この超音波振動子２１を駆動制御する振動子駆動制御装置３５と、超音波Φを反射し、空気中に超音波Φの定在波を励振させる反射板２３と、定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に被処理基板２２ａを移動させる基板位置制御機構（２５，３２）とを備える（図１は上面側からみた部分断面図であり、図３は図１と直交する角度からみた部分断面図である。）。ここで、「定在波の節の位置の近傍」とは、図９等を用いて後述するように「定在波の節の位置から波長の５％以下の極く僅か離間した位置」を意味する（図９では、最適霧化位置Ｐoptが、節の位置Ｐnodeから波長の２％程度離れた場合を例示している。）。
【００１８】
ここで、被処理基板２２ａとしてのプリント基板は、図１及び図３に示すように、多層構造をなす絶縁基板２２１の上面（第１主面）から裏面（第２主面）へ貫通する貫通孔ビア（スルーホールビア）２２２が開孔されている。紙フェノール基板やガラスエポキシ基板等の通常のプリント基板に用いられている種々の多層構造の絶縁基板が、絶縁基板２２１の材料として適用可能である。図２に示すように、絶縁基板２２１の上面（第１主面）には、微細化された所定のパターンをなして、導体配線が形成されている。詳細な図示を省略しているが、絶縁基板２２１の裏面（第２主面）、及びその内部の多層構造にも、同様な導体配線が微細化されて形成されている。貫通孔ビア２２２は、多層構造の絶縁基板２２１の全層を貫通して設けられ、金属製の円筒（カナル）によって貫通孔に導電性の側壁を形成し、上面（第１主面）の導体配線と裏面（第２主面）の導体配線とを接続している。そして、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、被処理基板２２ａを最適霧化位置に配置することにより、被処理基板２２ａの凹部である貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３に超音波Φを集中させる。
【００１９】
図４に模式的に示すように、超音波Φが集中した強力な超音波Φの場では、被処理基板２２ａの貫通孔ビア２２２に溜まった液体（以下において「水」を例示する。）２２３は、超音波Φによる音響放射圧の作用により、貫通孔ビア２２２の外へ液滴（以下において「水滴」を例示する。）２２３Ｓとして押し出される。「音響放射圧」とは、図４（ａ）に示すように、超音波Φを水２２３等の物体で遮ったとき、超音波Φの伝播方向にその物体としての水２２３を押す力のことをいう。したがって、図４（ｂ）に示すように水２２３が音響放射圧により押し上げられ、液柱を形成する。更に、図４（ｃ）に示すように、高まった音響放射圧による力が水２２３の表面張力に勝り、水滴２２３Ｓを貫通孔ビア２２２から押し出す。
【００２０】
もしくは、図５（ａ）に示すように、超音波Φが集中して強力な超音波Φの場が発生し、貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３の表面に、音響放射圧Ｓの作用が強くなると、図５（ｂ）に示すように、水２２３の表面にキャピラリー波（毛細表面波）が発生し、キャピラリー波の振幅が大きくなると表面張力に打ち勝ち、図５（ｃ）に示すように微小な微粒子としての水滴２２３ｍが飛散する。「キャピラリー波」は表面張力波とも呼ばれ、表面張力を復元力とする水面を伝わる短波長の波で、「ささなみ波」とも呼ばれる。キャピラリー波の波長λcplは、液体を励振する励振周波数をｆ、液体の表面張力をＴ、液体の密度をρとすると、
λcpl＝（８πＴ/ρｆ2）1/3 ……（１）
で与えられ、短波長で表面張力の影響を強く受ける。
【００２１】
液体の表面にキャピラリー波が発生すると、液体の周辺を反射の境界として、液体の表面に干渉波が起こる。干渉波の発生により、液体の表面での液体の衝突、引きちぎり合うエネルギが表面張力Ｔに勝り、液体を微粒子化して空中に飛散させる。この現象は超音波霧化と言われ、超音波加湿器やネブライザ等に利用されているが、飛散する微粒子としての水滴２２３ｍの直径Ｄは、
Ｄ＝０，３４（８πＴ/ρｆ2）1/3 ……（２）
に相関することが、実験的な経験則として知られている。
【００２２】
現在、実用化されている超音波霧化の多くは超音波振動子２１から液体に直接超音波Φを励振する方法がとられており、その励振周波数はＭＨｚオーダのものが多い。第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置では、空気中を伝わる超音波Φを利用した超音波霧化を目的としているので、空気中では高周波の超音波Φは音波の伝搬減衰が液体、固体に比べ、大きくなり、超音波ΦはｋＨｚオーダの周波数帯が、好ましく、例えば、１５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度に選べばよい。励振周波数２８ｋＨｚでは、飛散する微粒子としての水滴２２３ｍの直径Ｄは、（２）式より、約６０μｍとなる。このようにして、強力な超音波Φで貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３が霧化して水滴２２３ｍとなることにより、水滴２２３ｍが貫通孔ビア２２２の外へ押し出され、除去され、脱水処理が行なわれる。
【００２３】
第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の超音波振動子２１としては、例えば、分極した圧電セラミックスと電極を金属ブロックではさみボルトで締め付けて一体化した、ボルト締めランジュバン型振動子が使用可能であるが、ランジュバン型振動子に限定されるものではない。一般にランジュバン型振動子は、機械的品質係数Ｑmが高いため、周波数のスパンの狭い共振ピークを持つ特徴を有する。
【００２４】
第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の基板位置制御機構（２５，３２）は、被処理基板２２ａを懸架して図３の紙面に垂直方向（Ｘ軸方向）に搬送するＸ軸移動ステージと、超音波振動子２１から反射板２３に向かう方向（Ｚ軸方向）に、被処理基板２２ａの位置を移動（微動）して、被処理基板２２ａを超音波Φの定在波の節の位置から僅かにずれた最適霧化位置に調整するＺ軸移動ステージとを有する２軸移動ステージ２５と、この２軸移動ステージ２５を駆動制御する基板位置制御装置３２とを備える（図３と直交する角度からみた図１には、Ｘ軸方向とＺ軸方向が示されている。）。基板位置制御装置３２には、プロセッサ３４から２軸移動ステージ２５の駆動制御用の信号が送られる。
【００２５】
工業的な実用上の観点からは、Ｘ軸移動ステージは、コンベアと同様な逐次搬送機構を備えるように構成すればよい。超音波Φが伝搬する空気の温度・湿度が制御され、同一品種の被処理基板２２ａが順次搬送される場合であれば、被処理基板２２ａが所定の最適霧化位置を通過するように、予め、Ｚ軸移動ステージを調整した後、複数枚（多数枚）の被処理基板２２ａを、順次、Ｘ軸移動ステージによって、コンベア搬送し、超音波振動子２１と反射板２３との間に励振された超音波Φの定在波中を、複数枚の被処理基板２２ａが通過して、脱水処理されるようにすればよい。
【００２６】
一方、温度・湿度が変動する場合や、多品種の被処理基板２２ａが順次搬送される場合は、それらの変化する条件を追尾して、被処理基板２２ａが、最適な最適霧化位置を通過するように、逐次、Ｚ軸移動ステージを調整して、複数枚（多数枚）の被処理基板２２ａを、順次、Ｘ軸移動ステージによって、コンベア搬送する必要が生じる。２軸移動ステージ２５のＸ軸のコンベア搬送方向に沿って、超音波振動子２１と反射板２３の組を平行に対峙して配列させることで、逐次搬送されてくる複数枚の被処理基板２２ａの、それぞれの全面を超音波でカバーすることができる。
【００２７】
第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、超音波Φにより貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３の霧化を行なう際、貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３だけでなく、被処理基板２２ａを構成する絶縁基板２２１が、超音波Φにより振動する。この超音波Φによる絶縁基板２２１の振動加速度が過大な値となる場合、層間剥離などにより、多層構造をなす絶縁基板２２１が損傷する可能性がある。
【００２８】
そこで、最大加速度が衝撃と等価であるとみなし、絶縁基板２２１の振動加速度を計測した。即ち、図３に示す第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、超音波振動子２１により空気中に超音波Φを励振し、反射板２３としてガラス板を用い、レーザードップラー振動速度計を用いて絶縁基板２２１の振動速度の計測を行なった。振動速度の計測は、図３に示した２軸移動ステージ２５のＺ軸移動ステージを用いて、被処理基板２２ａのＺ軸方向の位置の制御を行ない、超音波Φによる、貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３の霧化が生じるＺ軸方向の位置を原点とし、そこから０．５ｍｍ毎にＺ軸方向の±３ｍｍまで移動させ、絶縁基板２２１の振動速度を測定した。測定された振動加速度は、Ｚ軸方向の各測定点において、最大でも６１９ｍ／ｓ２であった。例えば、多層プリント基板が使用されている携帯電話の一般的な許容衝撃強さは９８０ｍ／ｓ２とされているが、この値よりも低い振動加速度であり、絶縁基板２２１への振動加速度の許容内である。よって、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置によれば、絶縁基板２２１への超音波Φの衝撃の影響は、無視して良いと判断できる。
【００２９】
なお、図３では、基板位置制御機構（２５，３２）の２軸移動ステージ２５が、被処理基板２２ａの上方に配置され、被処理基板２２ａを懸架しているが、例示であり、図３の懸架移動に限定されるものではない。例えば、２軸移動ステージ２５を被処理基板２２ａの下方に配置し、２軸移動ステージ２５が被処理基板２２ａを搭載するような構成でも構わない。この場合も、Ｘ軸移動ステージは、コンベアと同様な逐次搬送機構を備えて、Ｘ軸移動ステージに搭載された被処理基板２２ａが、順次、コンベア搬送され、超音波振動子２１と反射板２３との間に励振された超音波Φの定在波中を、複数枚の被処理基板２２ａが通過して、順次、複数枚の被処理基板２２ａが脱水処理されるようにすればよい。
【００３０】
第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置においては、超音波振動子２１から空気中に放射された超音波Φを利用する際、反射板２３を用いて定在波を形成することで、より音圧の高い音場を形成している。図１及び図３に示すような、超音波Φの垂直入射における反射板２３による反射は、二つの媒質が接する境界面で起こり、その反射率Ｒpは二つの媒質の固有音響インピーダンスＺ1，Ｚ2に依存する。よって、反射板２３による超音波Φの反射率Ｒpは、媒質１，２のそれぞれの固有音響インピーダンスをＺ1，Ｚ2として、
Ｒp＝（Ｚ2−Ｚ1）／（Ｚ2＋Ｚ1） ……（３）
で示される。（３）式により、媒質１を空気、媒質２を反射板２３の材料として計算すると、媒質２の固有音響インピーダンスＺ2が媒質１の固有音響インピーダンスＺ1よりも十分に大きければ（Ｚ1≪Ｚ2）、反射率Ｒpは反射板２３の材質によらず１に近似する。又、斜め入射を考えた場合においても、Ｚ1≪Ｚ2であることから入射波は全反射するといえる。そこで、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、反射板２３として厚さ２，５，１０ｍｍのガラス板、厚さ２，５，１０ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）板及び厚さ５，１０ｍｍの鉄（Ｆｅ）板を使用して反射率Ｒpを測定したが、反射率Ｒpは、反射板２３の固有音響インピーダンスＺ2が空気の固有音響インピーダンスＺ1よりも十分に大きければ、反射板２３の材質及び板厚の影響をほとんど受けないことが確認された。超音波Φの反射率Ｒpの測定値が１に近似しない理由としては、反射及び屈折時の超音波Φの減衰や反射板２３による超音波Φの吸音といったことが考えられる。
【００３１】
図３に示すように、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、更に、超音波Φを検出する超音波検出器２４を反射板２３の裏面に固定している。超音波検出器２４は、反射板２３中に設けられた貫通孔２３１を介して超音波Φを検出する。超音波検出器２４の出力は、振動子駆動制御装置３５に帰還され、超音波振動子２１の出力が制御される。そして、更に、超音波検出器２４の出力を帰還して、反射板２３が定在波を励振するように、反射板２３の位置を制御する反射板位置制御機構（２６，３３）を備えている。反射板位置制御機構（２６，３３）は、反射板２３を搭載して、超音波振動子２１から反射板２３に向かう方向（Ｚ軸方向）に、定在波が励振されるように反射板２３の位置を移動（微動）して調整するＺ軸移動ステージ（１軸移動ステージ）２６と、この１軸移動ステージ２６を駆動制御する反射板位置制御装置３３とを備える、反射板位置制御装置３３には、プロセッサ３４から１軸移動ステージ２６の駆動制御用の信号が送られる。このため、超音波検出器２４には増幅器３１が接続され、超音波検出器２４の出力は、増幅器３１を介して、プロセッサ３４に入力し、プロセッサ３４が必要な信号処理を行ない、１軸移動ステージ２６の駆動制御用の信号を反射板位置制御装置３３に出力する。超音波検出器２４の出力を反射板位置制御装置３３に帰還し、最適な条件で超音波Φの定在波を励振することで、被処理基板２２ａの貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３の霧化に必要な強力な音場を効率よく作り出すことができる。
【００３２】
更に、増幅器３１を介して、プロセッサ３４に入力した超音波検出器２４の出力は、２軸移動ステージ２５の駆動制御用の信号の生成にも利用することも可能で、超音波検出器２４の出力を、２軸移動ステージ２５を駆動制御する基板位置制御装置３２に帰還することにより、被処理基板２２ａの位置をも最適化することができる。このように、超音波検出器２４の出力を、振動子駆動制御装置３５、反射板位置制御装置３３及び基板位置制御装置３２に帰還することにより、超音波Φを集中させ、霧化現象が効率よく発現する条件を自動的に制御し、追尾することが可能になる。
【００３３】
第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、被処理基板２２ａの貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３の霧化現象を瞬時に発現させるためには、霧化条件がそろっている必要がある。具体的には、超音波Φの定在波の振幅が大きくなっていること、貫通孔ビア２２２が定在波の節の近傍の最適霧化位置に一致していることが必要である。定在波となっている超音波Φが強力になるためには、超音波振動子２１と反射板２３の距離が最適化されており、反射波と超音波振動子２１からの放射波のそれぞれの位相が完全に一致する必要がある。この条件は音速で決定されるが、音速は温度・湿度によって変動し、更に、搬送されてくる被処理基板２２ａの材質・厚み・ビアの構造で見かけ上の音速は変化する。
【００３４】
２軸移動ステージ２５によって、材質・厚み・構造等の異なる多品種の被処理基板２２ａがコンベア搬送される場合は、時事刻々と変化する霧化条件にリアルタイムで対応して、逐次、常に反射板２３と超音波振動子２１の距離を適正な値に保つ必要がある。又、反射板２３と超音波振動子２１の距離の変化に応じて、超音波Φの定在波の節の位置も変化するため、定在波の節の位置の変化に応じて、被処理基板２２ａの相対位置を調整する必要がある。第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置によれば、超音波検出器２４の出力を、振動子駆動制御装置３５、反射板位置制御装置３３及び基板位置制御装置３２に帰還し、反射板２３における音圧の位相と超音波振動子２１の印加電圧の位相の関係より、超音波振動子２１と反射板２３の最適距離を逐次推定し自動調整し、且つ多品種の被処理基板２２ａの位置を逐次推定し自動調整して、常に、最適条件において霧化現象が効率よく発現するように、自動的に制御し、追尾することができる。最適条件において霧化させるように、帰還制御することにより、超音波Φを照射し始めてから霧化が終了するまでの時間を短くできるので、製造ラインのスループットを低下させることはない。
【００３５】
なお、図３では、反射板位置制御機構（２６、３３）の１軸移動ステージ２６が、反射板２３の下方に配置され、反射板２３を搭載しているが、例示であり、例えば、１軸移動ステージ２６を反射板２３の上方に配置し、１軸移動ステージ２６が反射板２３を懸架するような構成でも構わない。
【００３６】
図６は、超音波振動子２１と反射板２３の間隔の変化に対する音圧変化を測定することで、超音波Φが被処理基板２２ａを透過し、超音波Φの定在波が形成されるときの超音波振動子２１と反射板２３の間隔を調べた結果である。具体的には、超音波振動子２１の振動面と反射板２３の表面の間隔を1軸移動ステージ２６を用いて０．１ｍｍずつ変化させながら、超音波振動子２１の振動面から１ｍｍの距離に固定した超音波検出器（コンデンサマイク）により、音圧の変化を測定した結果である。図６の測定では、反射板２３には５ｍｍ厚のアルミニウム板を使用した。超音波Φの波長は超音波振動子２１の共振周波数と空気の音速から求まり、空気の温度によって変化するので、温度２０．０℃、湿度２７％の条件で測定している。超音波振動子２１の共振周波数２８ｋＨｚでは、波長λ＝１２．１ｍｍであるので、理論的には、波長の１／２の奇数倍の距離となる節の位置は、その最初の位置が、超音波振動子２１の振動面から約６．０５ｍｍの位置となる。超音波Φの音圧のピーク時に、超音波Φが被処理基板２２ａを透過し、超音波Φの定在波が形成されると考えられるが、図６の測定では、ピーク時の音圧は超音波振動子２１と反射板２３の間隔が狭いほど大きくなる傾向がみられた。
【００３７】
理論的には、超音波Φの定在波は音源と反射板２３の間隔が音波の波長の１／２の整数倍の値のとき形成されるはずである。よって、図３に示す第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置のように被処理基板２２ａを定在波の節の近傍に挿入する構成においては、ｎを２以上の正の整数として、音源の超音波振動子２１と反射板２３の間隔が音波の波長λの（ｎ／２）倍の値のとき定在波が形成され、半波長の奇数倍の位置に節がそれぞれ形成されるはずである。しかし、図６に示される測定結果によれば、音圧のピークの位置として与えられる節の最初の位置（図６で一番左側のピークの位置）は、超音波振動子２１の振動面から距離６．４ｍｍの位置に形成され、波長の約１／２より極く僅か大きな値となっている。このことから、被処理基板２２ａがない場合の一様な空気中に励起される理想的な定在波に比し、被処理基板２２ａを挿入することにより、定在波の波形に、極く僅かの歪み（擾乱）が発生した複雑な定在波になっていると考えられる。
【００３８】
図３に示す第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、超音波振動子２１と被処理基板２２ａの間隔を変化させながら音圧測定を行なった。反射板２３として２ｍｍ厚のアルミニウム板を用いた。その反射板２３にｄ＝０．８ｍｍφの貫通孔２３１を開け、超音波振動子２１と向き合うようにコンデンサマイクを超音波検出器２４として取り付けた。超音波振動子２１への印加電圧は１５０Ｖp-pとし、被処理基板２２ａ位置は超音波霧化の発現領域の前後である６．５ｍｍから７．５ｍｍまで変化させた。超音波Φが被処理基板２２ａを透過し、超音波Φの定在波が形成されると音圧が極大となると考えられるため、音圧が極大値となったときの音圧とそのときの反射板２３位置を測定した結果を図７に示す。図７に示す結果から、被処理基板２２ａの位置を０．１ｍｍ変化させる毎に反射板２３の最適位置も被処理基板２２ａの位置と連動して０．１ｍｍずつ変化していることが確認できる。又、音圧が極大値をとるのは被処理基板２２ａの位置が６．７ｍｍのときであり、貫通孔ビア２２２の霧化現象においては音圧が大きく関係していることが確認できる。実際に貫通孔ビア２２２に水を充填させ、音圧が極大値をとる位置を最適霧化位置として被処理基板２２ａを配置すると、超音波霧化が発現させることが確認できた。
【００３９】
超音波Φも波長λよりも小さな内径ｄを有する貫通孔ビア２２２中を、超音波Φは減衰波（エバネッセント波）の形で、減衰しながら透過する。よって、被処理基板２２ａの厚さが、超音波Φの波長λよりも十分薄ければ、超音波Φは、ある程度、被処理基板２２ａを透過する。減衰波として、貫通孔ビア２２２を有する被処理基板２２ａを透過した超音波Φは、超音波振動子２１と被処理基板２２ａとの間の超音波Φとともに定在波を形成する。測定によれば、被処理基板２２ａを設置せずに測定した音圧と比較して、透過した超音波Φの音圧はその約１０％である。よって、被処理基板２２ａを透過後の音圧の被処理基板２２ａに与える影響は、被処理基板２２ａを透過する前の音圧が被処理基板２２ａに与える影響よりも小さい。又、被処理基板２２ａを構成するが紙フェノール基板とガラスエポキシ基板では、僅かに紙フェノール基板の方が超音波Φを透過しやすい傾向がみられることから、被処理基板２２ａを透過する超音波Φには、貫通孔ビア２２２の内部を伝搬する成分と、被処理基板２２ａの絶縁基板２２１を透過する成分の両方が寄与していることが分かる。実際には、超音波振動子２１と被処理基板２２ａとの間には、被処理基板２２ａを反射板とする第１の定在波と、被処理基板２２ａを透過して反射板２３で反射した第２の定在波の合成波が、互いに相関しながら形成されていると推定される。
【００４０】
又、被処理基板２２ａの位置を、音圧が最大であった６．７ｍｍとした際の、反射板２３の位置と音圧との関係（黒丸）、印加電圧と超音波検出器２４の出力電圧（マイク出力）の位相差と反射板２３の位置との関係（白抜きの四角）を測定した測定結果を図８に示す。図８に示す結果から、黒丸で示した音圧が極大となる位置よりも手前側の反射板２３の位置では、白抜きの四角で示した位相差がほぼ線形に変化し、位相差が−９０°付近で音圧が極大となっていることが確認できる。黒丸で示した超音波検出器２４の出力電圧（マイク出力）が極大になっているときに系が共振系となり、強力な超音波Φが励振される。図８に示す変化の様子より、距離の最適値を推定することができる。推定をもとに超音波振動子２１と反射板２３のそれぞれの位置を調整し、定在波の節の近傍の最適霧化位置に被処理基板２２ａをコンベア搬送して、超音波Φの励振効率を最大にして、順次、脱水処理を行なうことができる。
【００４１】
図３に示す第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、厚さｔ＝１．６ｍｍの３枚の被処理基板２２ａに、それぞれ内径ｄ＝０．８ｍｍ、１．５ｍｍ、３．０ｍｍの貫通孔ビア２２２を設けて、３種の被処理基板２２ａを用意した。そして、これらの内径ｄの異なる貫通孔ビア２２２をそれぞれを介して、温度２０．０℃、湿度２７％の条件で、それぞれ２８ｋＨｚの超音波Φを検出するように、３種の被処理基板２２ａのそれぞれに超音波検出器を貼り付けた。
【００４２】
前述したとおり、温度２０．０℃、湿度２７％の条件での２８ｋＨｚの超音波Φの定在波の節の位置Ｐnodeは６．４ｍｍと測定されたが、被処理基板２２ａがない場合の一様な空気中の定在波に対し、被処理基板２２ａの挿入が、波形の歪み（擾乱）を発生させていると考えられるので、超音波Φの定在波の節の位置Ｐnodeは、厳密には、貫通孔ビア２２２の内径ｄの値に依存し、０．２ｍｍ程度変化する。しかし、図９は、貫通孔ビア２２２の内径ｄの値の変化に対する節の位置Ｐnodeの依存性は無視できると近似して、図３に示した２軸移動ステージ２５のＺ軸移動ステージを用いて、超音波振動子２１の振動面と被処理基板２２ａの左側の表面の間隔Ｌを変化させながら、貫通孔ビア２２２に充填された水２２３の脱水の可否（容易さ）を確率として縦軸に、波長λ＝１２．１ｍｍで規格化して間隔Ｌを横軸に表現している。
【００４３】
貫通孔ビア２２２の内径ｄの値の変化に対する節の位置Ｐnodeの依存性が無視できると近似した条件では、３種の被処理基板２２ａのいずれも、節の位置Ｐnodeから０．０２波長ほど離れた最適霧化位置Ｐoptを中心に霧化現象が分布し、貫通孔ビア２２２の内径ｄの値に対する最適霧化位置Ｐoptの依存性は無視できると近似できるが、分布の幅（半値幅）に差異が認められる。貫通孔ビア２２２の内径ｄが小さいほど、毛細管力が大きくなるため、脱水に必要な超音波Φの音圧が高くなり、超音波Φの音圧が高い最適霧化位置Ｐoptの近傍のみに局在して霧化現象が発生し、分布の幅が狭いが、貫通孔ビア２２２の内径ｄが次第に大きくなると、次第に毛細管力が小さくなり、次第に脱水に必要な超音波Φの音圧も低くなり、最適霧化位置Ｐoptから離れた位置でも霧化現象が発生可能となり、分布の幅が次第に広がると考えられる。
【００４４】
更に、表１に示すとおり、厚さｔ＝１．６ｍｍの３枚の被処理基板２２ａに、それぞれ、内径ｄ＝０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍの８種の貫通孔ビア２２２を設けて、それぞれの貫通孔ビア２２２に水２２３を充填し、充填された水２２３の脱水の可否を測定したが、内径ｄ＝０．３ｍｍ〜３．０ｍｍのすべての貫通孔ビア２２２で脱水可能であった。
【表１】
【００４５】
表１には、２８ｋＨｚの超音波Φの波長λ＝１２．１ｍｍに対する貫通孔ビア２２２の内径ｄの比（ｄ/λ）も示しているが、ｄ/λ＝２．５％〜２４．８％の範囲内では、脱水の可否における、貫通孔ビア２２２の内径ｄの超音波Φの波長λに対する依存性はないと判断できる。
【００４６】
又、表１には、被処理基板２２ａの厚さｔ＝１．６ｍｍと、貫通孔ビア２２２の内径ｄとの比で貫通孔ビア２２２のアスペクト比ｔ/ｄを示しているが、アスペクト比ｔ/ｄ＝５．３〜０．５の範囲内では、脱水の可否における、貫通孔ビア２２２のアスペクト比ｔ/ｄに対する依存性はないと判断できる。表１に示した結果から、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、内径ｄ＝３ｍｍ以下、特に内径ｄ＝１ｍｍ以下、更には内径ｄ＝０．８ｍｍ以下の微細な口径を有する貫通孔ビア２２２を備えた被処理基板２２ａのウェット洗浄及びその後の乾燥工程に有効であることが分かる。なお、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、内径ｄ＝３ｍｍ以上の口径の貫通孔ビア２２２を備えた被処理基板２２ａのウェット洗浄及びその後の乾燥工程にも適用可能ではあるが、内径ｄ＝３ｍｍ以上の場合、他の方法でも脱水や乾燥が可能であるため、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置としての特徴は、相対的に薄いものとなる。
【００４７】
図１０に示すように、被処理基板２２ａの表面を鉛直方向から角度θだけ傾けて、超音波Φの入射角θを変化して、入射角θの変化が脱水効果に与える影響を調べた結果を表２に示す。
【表２】
【００４８】
表２において、○は脱水できた場合、△は脱水できた場合とできなかった場合が混在した状態、×は脱水できなかた場合を意味する。表２の結果から、許容できる被処理基板２２ａの傾斜角度θ（＝超音波入射角θ）は、１．４°までとなる。よって、図３に示す第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の２軸移動ステージ２５のＸ軸移動ステージを用いて、複数枚（多数枚）の被処理基板２２ａを、順次、コンベア搬送する際、被処理基板２２ａが搬送方向のＸ軸方向から傾斜する角度θは、１．４°程度まで許容できると判断される。
【００４９】
第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、水洗い洗浄工程後の脱水工程のみに限定的に用いられるのではなく、種々の液体によるウェット洗浄工程後の、乾燥工程に適用可能である。図３に示す第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、被処理基板２２ａの厚みｔ＝１．６ｍｍ、貫通孔ビア２２２の内径ｄ＝０．５ｍｍの場合において、貫通孔ビア２２２の内部に液体の種類として、水とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を充填した。そして、２軸移動ステージ２５のＺ軸移動ステージを用いて、超音波振動子２１の振動面と被処理基板２２ａの左側の表面の間隔Ｌを変化させた場合の、乾燥の可否（容易さ）を確率として縦軸に、波長λ＝１２．１ｍｍで規格化して間隔Ｌを横軸に表現したのが、図１１である。
【００５０】
ＩＰＡは水と比べて表面張力が小さいため、乾燥に必要な超音波Φの音圧が水の場合よりも低く、最適霧化位置Ｐoptから離れた位置でも霧化現象が発生可能となるので、分布の幅が広がり、広い範囲で霧化現象が観測できることが分かる。
【００５１】
以上のように、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法によれば、図１や図３に示した簡単且つ安価な構造で、種々の貫通孔ビア２２２に溜まった液体を効率よく霧化できる。特に、被処理基板を、超音波Φの定在波の節の位置から僅かにずれた最適霧化位置に配置しているので、被処理基板に過大な衝撃を与えることなく、非接触でかつ瞬間的に、微細な貫通孔ビア２２２に溜まった液体を飛散させ、液体と同時に不純物を除去できる超音波乾燥装置、及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法を提供することができる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
高密度配線されたなプリント基板の場合、特に、小さな内径を有する有底孔ビアの場合は、洗浄工程の際に有底孔ビアに溜まった水の除去が困難である。
【００５３】
本発明の第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、図１２に示すように、超音波Φを発生する超音波振動子２１と、この超音波振動子２１を駆動制御する振動子駆動制御装置３５と、超音波Φを反射し、空気中に超音波Φの定在波を励振させる反射板２３と、定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に被処理基板２２ｂを移動させる基板位置制御機構とを備える。第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置においても、「定在波の節の位置の近傍」とは、「定在波の節の位置から波長の５％以下の極く僅か離間した位置」を意味することは、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置と同様である。
【００５４】
ここで、被処理基板２２ｂとしてのプリント基板は、図１２に示すように、多層構造をなす絶縁基板２２１の上面（第１主面）側から裏面（第２主面）に向かって、有底孔ビア（ブラインドビア）２２５が開孔されている。図示を省略しているが、図２に示したのと同様に、絶縁基板２２１の上面（第１主面）、裏面（第２主面）、及びその内部の多層構造にも、導体配線が微細化されて形成され、有底孔ビア２２５は、多層構造の絶縁基板２２１の全層を貫通せず、上面（第１主面）側のみ設けられているが、貫通孔ビア２２２の場合と同様に、金属製の円筒（カナル）によって有底孔に導電性の側壁が形成され、導電性の側壁は有底孔の底面の導電性の底面に連続して電気的に接続されている。有底孔の底面は、被処理基板２２ｂの内部の多層構造配線のいずれかと電気的に接続されている。そして、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、被処理基板２２ｂを最適霧化位置に配置することにより、被処理基板２２ｂの凹部である有底孔ビア２２５に溜まった液体（水）２２３に超音波Φを集中させる。
【００５５】
有底孔ビア２２５の場合は、図４に模式的に示したように、超音波Φが集中しても、高まった音響放射圧による力で水滴２２３Ｓを有底孔ビア２２５から押し出すことができない。そこで、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置においては、有底孔ビア２２５の開口側を超音波振動子２１の方向に向け、有底孔ビア２２５の内部に超音波Φを集中させて強力な超音波Φの場を発生させる。強力な超音波Φによって、有底孔ビア２２５に溜まった水２２３の表面に、音響放射圧Ｓの作用を強くすると、水２２３の表面にキャピラリー波が発生する。そこで、キャピラリー波の振幅が大きくなり表面張力に打ち勝つように超音波Φを照射すれば、図１２に示すように、微小な微粒子としての水滴２２３ｍが飛散し、脱水処理が行なわれる。
【００５６】
一方、有底孔ビア２２５の開口側を反射板２３側に向けた場合、霧化は観測されなかった。その理由として、有底孔ビア２２５の場合は、十分な超音波Φの強度が被処理基板２２ｂ内を透過しないため、被処理基板２２ｂがない場合の、超音波振動子２１と反射板２３の間の一様な空気中に励起される理想的な定在波に対し、被処理基板２２ｂを挿入することにより、被処理基板２２ｂと反射板２３の間の定在波の振幅が非常に小さくなり、定在波の波形が大きく歪んでいると考えられる。実際には、超音波振動子２１と被処理基板２２ｂとの間には、被処理基板２２ｂを反射板とする第１の定在波と、被処理基板２２ｂ中を減衰波として透過して反射板２３で反射した第２の定在波の合成波が、互いに相関しながら形成されていると推定されるが、第２の定在波の振幅は非常に小さい。したがって、有底孔ビア２２５に溜まった水等の液体の霧化を行なう際は、有底孔ビア２２５の開口側を超音波振動子２１側に向け、第１の定在波を利用する必要がある（なお、図１２では左側の主面を上面（第１主面）、右側の主面を裏面（第２主面）と、便宜上定義しているが、単なる定義であり、この定義に限定されるものではない。要は、超音波振動子２１の方向を向く主面に、有底孔ビア２２５の開口側が向いていればよい。）。
【００５７】
第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の基板位置制御機構は、被処理基板２２ｂを懸架して図１３のＸ軸方向に搬送するＸ軸移動ステージと、超音波振動子２１から反射板２３に向かう方向（Ｚ軸方向）に、被処理基板２２ｂの位置を移動（微動）して、被処理基板２２ｂを超音波Φの定在波の節の位置から僅かにずれた最適霧化位置に調整するＺ軸移動ステージとを有する２軸移動ステージ２７と、この２軸移動ステージ２７を駆動制御する基板位置制御装置（図３と同様であるので図示を省略する。）とを備える。基板位置制御装置には、プロセッサ（図示省略。）から２軸移動ステージ２７の駆動制御用の信号が送られる。第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置と同様に、Ｘ軸移動ステージは、コンベアと同様な逐次搬送機構を備えるように構成し、Ｚ軸移動ステージを調整して、被処理基板２２ｂが最適な最適霧化位置を通過するようにして、複数枚（多数枚）の被処理基板２２ｂを、順次、搬送する。２軸移動ステージ２７のＸ軸のコンベア搬送方向に沿って、超音波振動子２１と反射板２３の組を平行に対峙して配列させることで、逐次搬送されてくる複数枚の被処理基板２２ｂの、それぞれの全面を超音波でカバーすることができる。
【００５８】
図３に示したのと同様に、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、更に、超音波Φを検出する超音波検出器（図示省略。）を反射板２３の裏面に固定している。超音波検出器は、反射板２３中に設けられた有底孔を介して超音波Φを検出する。超音波検出器の出力は、振動子駆動制御装置（図示省略。）に帰還され、超音波振動子２１の出力が制御される。そして、更に、超音波検出器の出力を帰還して、反射板２３が定在波を励振するように、反射板２３の位置を制御する反射板位置制御機構（図示省略。）を備えている。反射板位置制御機構は、反射板２３を搭載して、超音波振動子２１から反射板２３に向かう方向（Ｚ軸方向）に、定在波が励振されるように反射板２３の位置を移動（微動）して調整するＺ軸移動ステージである１軸移動ステージ（図示省略。）と、この１軸移動ステージを駆動制御する反射板位置制御装置（図示省略。）とを備える、反射板位置制御装置には、プロセッサから１軸移動ステージの駆動制御用の信号が送られる。このため、超音波検出器には増幅器（図示省略。）が接続され、超音波検出器の出力は、増幅器を介して、プロセッサに入力し、プロセッサが必要な折り信号処理を行ない、１軸移動ステージの駆動制御用の信号を反射板位置制御装置に出力する。超音波検出器の出力を反射板位置制御装置に帰還し、最適な条件で超音波Φの定在波を励振することで、被処理基板２２ｂの有底孔ビア２２５に溜まった水２２３の霧化に必要な強力な音場を効率よく作り出すことができる。
【００５９】
更に、増幅器を介して、プロセッサに入力した超音波検出器の出力は、２軸移動ステージ２７の駆動制御用の信号の生成にも利用することも可能で、超音波検出器の出力を、２軸移動ステージ２７を駆動制御する基板位置制御装置に帰還することにより、被処理基板２２ｂの位置をも最適化することができる。このように、超音波検出器の出力を、振動子駆動制御装置、反射板位置制御装置及び基板位置制御装置に帰還することにより、超音波Φを集中させ、有底孔ビア２２５における霧化現象が効率よく発現する条件を自動的に制御し、追尾することが可能になる。
【００６０】
第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、被処理基板２２ｂの有底孔ビア２２５に溜まった水２２３の霧化現象を瞬時に発現させるためには、霧化条件がそろっている必要がある。具体的には、超音波Φの定在波の振幅が大きくなっていること、有底孔ビア２２５が定在波の節の近傍の最適霧化位置に一致していることが必要であることは第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置と同様である。定在波となっている超音波Φが強力になるためには、超音波振動子２１と反射板２３の距離が最適化されており、反射波と超音波振動子２１からの放射波のそれぞれの位相が完全に一致する必要がある。この条件は音速で決定されるが、音速は温度・湿度によって変動し、更に、搬送されてくる被処理基板２２ｂの材質・厚み・ビアの構造で見かけ上の音速は変化するので、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置によれば、超音波検出器の出力を、振動子駆動制御装置、反射板位置制御装置及び基板位置制御装置に帰還し、反射板２３における音圧の位相と超音波振動子２１の印加電圧の位相の関係より、超音波振動子２１と反射板２３の最適距離を逐次推定し自動調整し、且つ多品種の被処理基板２２ｂの位置を逐次推定し自動調整して、常に、最適条件において霧化現象が効率よく発現するように、自動的に制御し、追尾することができる。最適条件において霧化させるように、帰還制御することにより、超音波Φを照射し始めてから霧化が終了するまでの時間を短くできるので、製造ラインのスループットを低下させることはない。
【００６１】
図１２及び図１３に示す第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、反射板２３として５ｍｍ厚のアルミニウム板を使用し、超音波振動子２１の振動面と内径ｄ＝０．８ｍｍの有底孔ビア２２５を設けた被処理基板２２ｂの表面との間隔Ｌを、２軸移動ステージ２７を用いて、Ｘ軸方向に０．５ｍｍ、Ｚ軸方向に０．１ｍｍずつ変化させながら実験した結果を図１４に示す。図１４では、比較のために内径ｄ＝０．８ｍｍの貫通孔ビアを有する被処理基板のデータもプロットしている。超音波振動子２１への印加電圧を１５０Ｖp-pとし、被処理基板２２ｂは厚さｔ＝１．６ｍｍのガラスエポキシ基板である。超音波振動子２１と反射板２３の間隔は３２．０ｍｍで固定している。図１４に示すように、有底孔ビア２２５は貫通孔ビアと比較して霧化が起こりにくい傾向がみられる。
【００６２】
第１の実施の形態で説明した貫通孔ビア２２２を有する被処理基板２２ａにおいては、超音波Φがある程度、被処理基板２２ａを透過し、定在波が形成されていることが確認できた。但し、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置においても、被処理基板２２ａを設置せずに測定した音圧と比較して、透過した超音波Φはその約１０％であるため、被処理基板２２ａを透過後の音圧の影響は、被処理基板２２ａを透過前の音圧の影響よりも小さいことがいえる。一方、有底孔ビア２２５を有する被処理基板２２ｂでは、超音波Φは被処理基板２２ｂを十分には透過せず、その音圧は貫通孔ビア２２２を有する被処理基板２２ａでの音圧の約１５〜３０％である。つまり、被処理基板２２ｂを設置せずに測定した音圧の約１．５〜３％しか得ていないことが分かる。第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、被処理基板２２ａを構成する材質が紙フェノール基板とガラスエポキシ基板では、僅かに紙フェノール基板の方が超音波Φを透過しやすい傾向がみられることから、被処理基板２２ａを透過する超音波Φには、貫通孔ビア２２２の内部を伝搬する成分と、被処理基板２２ａの絶縁基板２２１を透過する成分の両方があることを述べたが、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の被処理基板２２ｂの場合は、被処理基板２２ｂを透過する超音波Φには、有底孔ビア２２５を経由して有底孔ビア２２５の底に位置する絶縁基板２２１の薄い部分を伝搬する成分と、被処理基板２２ｂの絶縁基板２２１の全体の厚み部分を透過する成分の両方が存在すると推定できるが、有底孔ビア２２５を経由する成分は非常に小さい。したがって、有底孔ビア２２５を有する被処理基板２２ｂでは、被処理基板２２ｂと反射板２３の間の定在波の振幅が非常に小さくなっており、超音波振動子２１と反射板２３の間に、極度に非対称な定在波の励起を仮想できる。このため、被処理基板２２ｂは、超音波振動子２１と反射板２３の間の音圧の影響をほとんど受けないため、有底孔ビア２２５の開口側を反射板２３側に向けても、有底孔ビア２２５に溜まった水２２３の霧化は困難である。
【００６３】
又、図１３に示す第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成を用い、被処理基板２２ｂの厚みｔ＝１．６ｍｍ、有底孔ビア２２５の内径ｄ＝０．５ｍｍの場合において、有底孔ビア２２５の内部に、水を充填し、２軸移動ステージ２５のＺ軸移動ステージを用いて、超音波振動子２１の振動面と被処理基板２２ｂの左側の表面の間隔Ｌを変化させた場合の、脱水の可否（容易さ）を確率として縦軸に、波長λ＝１２．１ｍｍで規格化して間隔Ｌを横軸に表現したのが、図１５である。図１５からも、有底孔ビア２２５の場合は、図９に示した貫通孔ビアの場合に比べて霧化現象がみられる範囲が狭い。
【００６４】
図１４（及び図１５）に示すように、貫通孔ビア２２２と有底孔ビア２２５では、被処理基板２２ａ，２２ｂを透過する超音波Φの強度や、定在波の状況（波形）が異なり、超音波霧化の発現領域が異なるため、同一の条件で、同時に脱水することは不可能である。そのため、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置と第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置とは、それぞれの発現領域に対応できるように、条件設定を変更する必要があり、有底孔ビア２２５に溜まった水の霧化には、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置よりも高い音圧を被処理基板２２ｂに与える必要があり、振動振幅の高い超音波振動子２１を使用することが効率のよい霧化に好ましい。
【００６５】
有底孔の深さの影響を調べるために、ｔ＝１．６ｍｍ厚の被処理基板２２ｂに深さの異なる内径ｄ＝０．３ｍｍφの有底孔ビア２２５を開け、超音波振動子２１への印加電圧を１００Ｖp-p，１２５Ｖp-p，１５０Ｖp-pと変化させて、超音波Φの強さの霧化に与える効果について調べた結果を図１６に示す。有底孔ビア２２５の深さを有底孔ビア２２５の内径ｄで規格化し、アスペクト比とし、図１６の横軸とした。超音波振動子２１への印加電圧を１００Ｖp-p→１２５Ｖp-p→１５０Ｖp-pと変化させて、超音波Φの振幅を大きくすればするほど、アスペクト比の高い（より深い）有底孔ビア２２５の液体を霧化して乾燥できることが分かる。このことは、被処理基板２２ｂを透過する超音波Φとしては、有底孔ビア２２５を経由して有底孔ビア２２５の底に位置する絶縁基板２２１の薄い部分を伝搬する超音波Φの成分が非常に小さいことを確認させるものである。
【００６６】
図１６に示した結果から、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、内径ｄ＝０．３ｍｍφの有底孔ビア２２５の場合、超音波Φの振幅を大きくすれば、アスペクト比が２．５以上であっても、有効に霧化して乾燥することが可能であり、内径ｄ＝０．３ｍｍφ以下の微細な口径を有する有底孔ビア２２５を備えた被処理基板２２ｂのウェット洗浄及びその後の乾燥工程に有効であることが分かる。
【００６７】
以上のように、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法によれば、図１２や図１３に示した簡単且つ安価な構造で、種々の有底孔ビア２２５に溜まった液体を効率よく霧化できる。特に、被処理基板を、超音波Φの定在波の節の位置から僅かにずれた最適霧化位置に配置しているので、被処理基板に過大な衝撃を与えることなく、非接触でかつ瞬間的に、微細な有底孔ビア２２５に溜まった液体を飛散させ、液体と同時に不純物を除去できる超音波乾燥装置、及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法を提供することができる。
【００６８】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６９】
例えば、第１及び第２の実施の形態での説明は、図１に例示したように、Ｘ−Ｚ平面を水平面とし、被処理基板２２ａの主面方向が垂直、即ちＹ−方向に沿った場合を前提として議論しているが、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の定義は図１に例示した方位に限定されるものでなく、互いに直交する座標系であれば任意に座標軸を選択可能である。例えば、定在波の方向が鉛直方向となり、被処理基板２２ａの主面方向が水平方向になるような、他の直交座標系を選定しても構わない。
【００７０】
なお、定在波の方向を鉛直方向とし、被処理基板２２ａの主面方向を水平方向とする直交座標系を選定した場合、図１，図３，図１２，図１３等に例示した構成において、超音波振動子２１をステージに搭載して、超音波振動子２１をＺ軸方向に移動して、超音波振動子２１と被処理基板２２ａ，２２ｂとの相対的距離、超音波振動子２１と反射板２３との相対的距離を調整する態様をも、含んで構わない。よって、より一般的には、本発明の「基板位置制御機構」は、超音波振動子２１と被処理基板２２ａ，２２ｂとの相対的距離及び被処理基板２２ａ，２２ｂと反射板２３との相対的距離を制御可能な機構であり、本発明の「反射板位置制御機構」は、超音波振動子２１と反射板２３との相対的距離、及び被処理基板２２ａ，２２ｂと反射板２３との相対的距離を制御可能な機構であると理解すべきである。
【００７１】
又、第１の実施の形態で説明した２軸移動ステージ２５、第２の実施の形態で説明した２軸移動ステージ２７の動作方法（運用）には、種々の変形等の態様が可能である。例えば、被処理基板２２ａ，２２ｂの品種が予め決まっているルーチンの洗浄工程及び乾燥工程であれば、予め、貫通孔ビア２２２の内径・絶縁基板２２１の材質・厚み・構造等の異なる種々の被処理基板２２ａ、有底孔ビア２２５の内径・絶縁基板２２１の材質・厚み・構造等の異なる種々の被処理基板２２ａのそれぞれについて、最適霧化位置Ｐoptのデータを逐次測定しておき、最適霧化位置データベースにレシピとして蓄積しておくような運用も可能であり、こうすることにより、プロセッサ３４が最適霧化位置データベースの情報を参照しながら、２軸移動ステージ２５，２７の動作をプログラム制御できる。この場合、乾燥工程に先立ち、貫通孔ビア２２２の内径、有底孔ビア２２５の内径、絶縁基板２２１の材質・厚み・構造等の種々の被処理基板２２ａ，２２ｂの製品情報を、被処理基板情報データベースに格納しておき、プロセッサ３４が最適霧化位置データベースと被処理基板情報データベースとに格納された情報をそれぞれ読み出しながら、２軸移動ステージ２５，２７をプログラム制御するような運用にしても良い。
【００７２】
更に、２軸移動ステージ２５，２７の移動の粗調整を、最適霧化位置データベースと被処理基板情報データベースとに格納された情報を用いてプログラム制御で行い、最終的な微調整は、超音波検出器２４の出力を、振動子駆動制御装置３５、反射板位置制御装置３３及び基板位置制御装置３２に帰還し、反射板２３における音圧の位相と超音波振動子２１の印加電圧の位相の関係より、超音波振動子２１と反射板２３の最適距離を微調整し、且つ被処理基板２２ａ，２２ｂの位置を微調整するような運用とし、常に、最適条件において霧化現象が効率よく発現するように、自動的に制御し、追尾するようにしてもよい。このように、プログラム制御を併用しながら、帰還制御することにより、製造ラインのスループットを向上させることも可能である。
【００７３】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な、特許請求の範囲の記載に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００７４】
２１…超音波振動子
２２ａ，２２ｂ…被処理基板
２３…反射板
２４…超音波検出器
２５，２７…２軸移動ステージ
２６…１軸移動ステージ
３１…増幅器
３２…基板位置制御装置
３３…反射板位置制御装置
３４…プロセッサ
３５…振動子駆動制御装置
２２１…絶縁基板
２２２…貫通孔ビア
２２３…水
２２３Ｓ…水滴
２２３ｍ…水滴
２２５…有底孔ビア
２３１…貫通孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いた乾燥装置及び基板処理方法に係り、特に、プリント基板等の種々の被処理基板の水等の液体による洗浄工程、洗浄後の乾燥工程において、被処理基板の微細な凹部に貯まった水等の液体を、効率よく乾燥する超音波乾燥装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高密度配線が可能で、小型化及び軽量化が図れる多層配線構造を有するプリント基板の需要が急増し、種々の多様な電子機器等に使用されている。加工精度の向上に伴い、多層構造をなす絶縁基板の上面、裏面、及びその内部には導体配線が微細化されて設けられ、個々の導体配線は、ビアと呼ばれる金属製の導電側壁を有する孔によって層間接続がされている。ビアには様々な種類があり、絶縁基板の全層を貫通する貫通孔ビア（スルーホールビア）、絶縁基板の全層を貫通させずに特定の層間のみを接続する有底孔ビア（ブラインドビア）、内層の層間接続をし、基板表面には開口していない埋め込みビア（バリードビア）等の種々の構造が採用されている。貫通孔ビアのビア径は機器の小型化に伴って小径なものが求められることになるが、例えば、５０μｍ〜２ｍｍφ等のものが知られている。
【０００３】
プリント基板が電子機器に利用されるにあたって、プリント基板の洗浄工程、洗浄後の乾燥工程が存在する。プリント基板に限らず、基板材料が製品となる過程で、種々の基板の洗浄は不可欠なものとなっており、各種プロセス処理や電子・光学部品の信頼性において悪影響を及ぼす汚れを除去すると共に、表面状況を均質にすることによって電子・光学部品の特性や生産性及び信頼性の向上を図っている。
【０００４】
プリント基板を水洗い洗浄後に乾燥するには、従来は、熱風乾燥やスピン乾燥を行なうのが一般的であった。熱風乾燥はコンベアで搬送されるプリント基板に４０〜１００℃の乾燥した熱風を吹きかけて同基板に付着している水分を蒸発させるものであり、スピン乾燥はプリント基板を高速回転する回転板の上にセットして高速回転させ、遠心力でプリント基板に付着している水を吹き飛ばすものである。熱風乾燥においては、水が乾燥した跡に水のシミが残るという問題があり、更に、プリント基板に熱を加えることによって、プリント基板が反り、層間剥離が生じる可能性がある。
【０００５】
スピン乾燥においては、プリント基板の孔内や凹凸部にある水が飛ばされにくく、完全な乾燥が難しい上に、そこに含まれる塵等の不純物がビアに残るという問題があった。更にプリント基板を回転板にセットしなければならないため、流れ作業の一環として乾燥を行なうことができなかった。
【０００６】
斯かる事情を鑑み、従来、乾燥室と、プリント基板を搬送して乾燥室内を通過する搬送体と、搬送体により搬送されるプリント基板に２０ＫＨＺ 〜１００ＫＨＺ の音波を当てて、プリント基板の表面に付着している水（表面水）を振動させて除去するスピーカとを備え、搬送体は２０ＫＨＺ 〜１００ＫＨＺ の音波が通過可能であり、スピーカは乾燥室内における搬送体の上下に配置されて、スピーカから発生された２０ＫＨＺ 〜１００ＫＨＺ の音波をプリント基板の上下から当てる表面水除去装置が提案されている（特許文献１参照。）。特許文献１に記載の表面水除去装置では、上方のスピーカから出力される音波はプリント基板の上面側の水滴を活性化して除去し、下方のスピーカから出力される音波はプリント基板の下面側の水滴を活性化して除去し、プリント基板の表面の水を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３１６３２３９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の表面水除去装置では、搬送体の上下にスピーカを配置して、上方のスピーカから出力される音波で上面側の水滴を活性化して除去し、下方のスピーカで下面側の水滴を活性化して除去する必要があり、装置の構成が複雑であるのにも関わらず、２０ＫＨＺ 〜１００ＫＨＺ の音波を用いて、プリント基板に付着している水を振動させて、単に、吹き飛ばして（振るい落して）いるにすぎない（特許文献１の段落［００１３］，［００１７］，［００１９］の欄参照。）。又、特許文献１に記載の発明では、超音波を集中して強力な超音波の場を発生させることの考慮もされていないので、凹部の寸法が微細化された場合は、微細化された凹部に貯まった水を完全に除去することが困難であった。更に、特許文献１に記載の表面水除去装置では、被処理基板に過大な音圧（衝撃）がかかり、被処理基板を損傷する恐れもあった。
【０００９】
プリント基板の水洗い洗浄工程、洗浄後の乾燥工程以外でも、種々の基板の液体によるウェット洗浄工程、洗浄後の乾燥工程において、種々の基板の微細な凹部の中に水等の液体が溜まり、故障の原因となるといった問題が生じている。特に、ブラインドビア等の有底孔に溜まった液体は、空気が通過していかないことから、風圧での除去は難しく、大きな問題となっている。
【００１０】
上記の問題点を鑑み、本発明は、微細な凹部を有する種々の被処理基板の液体によるウェット洗浄工程、洗浄後の乾燥工程に用いることが可能な超音波乾燥装置であって、装置の構成が簡単且つ安価であって、被処理基板に熱や過大な衝撃を与えることなく、非接触でかつ瞬間的に、微細な凹部に溜まった液体を飛散させ、液体と同時に不純物を除去できる超音波乾燥装置、及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の態様は、超音波を発生する超音波振動子と、この超音波振動子を駆動制御する振動子駆動制御装置と、超音波を反射し、空気中に超音波の定在波を励振させる反射板と、定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に被処理基板を移動させる基板位置制御機構とを備え、最適霧化位置において被処理基板の凹部に溜まった液体を霧化して除去する超音波乾燥装置であることを要旨とする。
【００１２】
本発明の他の態様は、（イ）凹部を有する被処理基板を、液体でウェット洗浄する洗浄工程と、（ロ）この洗浄工程の後、超音波を発生する超音波振動子、この超音波振動子を駆動制御する振動子駆動制御装置、超音波を反射し、空気中に超音波の定在波を励振させる反射板を有する超音波乾燥装置を用い、超音波振動子と反射板の間の定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に被処理基板を移動させる工程と、（ハ）最適霧化位置において、被処理基板の凹部に溜まった液体を超音波によって霧化して除去する工程とを含む基板処理方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、微細な凹部を有する種々の被処理基板の液体によるウェット洗浄工程、洗浄後の乾燥工程に用いることが可能な超音波乾燥装置であって、装置の構成が簡単且つ安価であって、被処理基板に熱や過大な衝撃を与えることなく、非接触でかつ瞬間的に、微細な凹部に溜まった液体を飛散させ、液体と同時に不純物を除去できる超音波乾燥装置、及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の原理的な説明するための上面側からみた模式的な部分断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の処理対象となる被処理基板の一例として示す、代表的なプリント基板の上面図（平面図）である。
【図３】図１と直交する角度からみた、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の概略構成を具体的に説明する部分断面図を含むブロック図である。
【図４】被処理基板の貫通孔ビアに溜まった水を、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置を用いて、超音波の音響放射圧の作用で貫通孔ビアの外へ水滴として押し出す様子を説明する模式図である。
【図５】被処理基板の貫通孔ビアに溜まった水を、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置を用いて、キャピラリー波を発生させて超音波霧化し、貫通孔ビアの外へ飛散させる様子を説明する模式図である。
【図６】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、超音波振動子と反射板の間に定在波が励起されて、音圧のピークが生じたことを示す測定データの一例である。
【図７】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、超音波振動子と被処理基板の間隔を変化させながら音圧測定を行なった結果を示し、被処理基板の位置を０．１ｍｍ変化させる毎に反射板の最適位置も被処理基板の位置と連動して０．１ｍｍずつ変化し、音圧が極大値をとるのは被処理基板の位置が６．７ｍｍのときであることを示す図である。
【図８】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、被処理基板の位置を６．７ｍｍとした際の、反射板の位置と音圧との関係（黒丸）、印加電圧と超音波検出器の出力電圧の位相差と反射板の位置との関係（白抜きの四角）を示し、音圧が極大となる位置よりも手前側の反射板の位置では位相差がほぼ線形に変化し、位相差が−９０°付近で音圧が極大となっていることを示す図である。
【図９】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、超音波振動子の振動面と被処理基板の左側の表面の間隔Ｌを変化したときの、貫通孔ビアに充填された水の脱水の容易さ（確率）を縦軸に、波長λ＝１２．１ｍｍで規格化した間隔Ｌを横軸に、それぞれ表わした図である。
【図１０】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、被処理基板の表面を鉛直方向から角度θだけ傾けて超音波の入射角θを変化し、入射角θの変化が脱水効果に与える影響を調べる実験の測定系を説明する模式図である。
【図１１】第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、貫通孔ビアの内部に水とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）をそれぞれ充填し、超音波振動子の振動面と被処理基板の左側の表面の間隔Ｌを変化させた場合の、脱水の容易さ（確率）を縦軸に、波長λ＝１２．１ｍｍで規格化した間隔Ｌを横軸に、それぞれ表わした図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の原理的な説明するための上面側からみた模式的な部分断面図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の概略構成を具体的に説明する上面図（平面図）である。
【図１４】貫通孔ビアと有底孔ビアでは、超音波霧化の発現領域が異なることを説明する図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、超音波振動子の振動面と被処理基板の左側の表面の間隔Ｌを変化したときの、有底孔ビアに充填された水の脱水の容易さ（確率）を縦軸に、波長λ＝１２．１ｍｍで規格化した間隔Ｌを横軸に、それぞれ表わした図である。
【図１６】第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、超音波の振幅を大きくすればするほど、アスペクト比の高い（より深い）有底孔ビアの水が脱水できることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１６】
又、以下に示す第１及び第２の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、図１及び図３に示すように、超音波Φを発生する超音波振動子２１と、この超音波振動子２１を駆動制御する振動子駆動制御装置３５と、超音波Φを反射し、空気中に超音波Φの定在波を励振させる反射板２３と、定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に被処理基板２２ａを移動させる基板位置制御機構（２５，３２）とを備える（図１は上面側からみた部分断面図であり、図３は図１と直交する角度からみた部分断面図である。）。ここで、「定在波の節の位置の近傍」とは、図９等を用いて後述するように「定在波の節の位置から波長の５％以下の極く僅か離間した位置」を意味する（図９では、最適霧化位置Ｐoptが、節の位置Ｐnodeから波長の２％程度離れた場合を例示している。）。
【００１８】
ここで、被処理基板２２ａとしてのプリント基板は、図１及び図３に示すように、多層構造をなす絶縁基板２２１の上面（第１主面）から裏面（第２主面）へ貫通する貫通孔ビア（スルーホールビア）２２２が開孔されている。紙フェノール基板やガラスエポキシ基板等の通常のプリント基板に用いられている種々の多層構造の絶縁基板が、絶縁基板２２１の材料として適用可能である。図２に示すように、絶縁基板２２１の上面（第１主面）には、微細化された所定のパターンをなして、導体配線が形成されている。詳細な図示を省略しているが、絶縁基板２２１の裏面（第２主面）、及びその内部の多層構造にも、同様な導体配線が微細化されて形成されている。貫通孔ビア２２２は、多層構造の絶縁基板２２１の全層を貫通して設けられ、金属製の円筒（カナル）によって貫通孔に導電性の側壁を形成し、上面（第１主面）の導体配線と裏面（第２主面）の導体配線とを接続している。そして、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、被処理基板２２ａを最適霧化位置に配置することにより、被処理基板２２ａの凹部である貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３に超音波Φを集中させる。
【００１９】
図４に模式的に示すように、超音波Φが集中した強力な超音波Φの場では、被処理基板２２ａの貫通孔ビア２２２に溜まった液体（以下において「水」を例示する。）２２３は、超音波Φによる音響放射圧の作用により、貫通孔ビア２２２の外へ液滴（以下において「水滴」を例示する。）２２３Ｓとして押し出される。「音響放射圧」とは、図４（ａ）に示すように、超音波Φを水２２３等の物体で遮ったとき、超音波Φの伝播方向にその物体としての水２２３を押す力のことをいう。したがって、図４（ｂ）に示すように水２２３が音響放射圧により押し上げられ、液柱を形成する。更に、図４（ｃ）に示すように、高まった音響放射圧による力が水２２３の表面張力に勝り、水滴２２３Ｓを貫通孔ビア２２２から押し出す。
【００２０】
もしくは、図５（ａ）に示すように、超音波Φが集中して強力な超音波Φの場が発生し、貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３の表面に、音響放射圧Ｓの作用が強くなると、図５（ｂ）に示すように、水２２３の表面にキャピラリー波（毛細表面波）が発生し、キャピラリー波の振幅が大きくなると表面張力に打ち勝ち、図５（ｃ）に示すように微小な微粒子としての水滴２２３ｍが飛散する。「キャピラリー波」は表面張力波とも呼ばれ、表面張力を復元力とする水面を伝わる短波長の波で、「ささなみ波」とも呼ばれる。キャピラリー波の波長λcplは、液体を励振する励振周波数をｆ、液体の表面張力をＴ、液体の密度をρとすると、
λcpl＝（８πＴ/ρｆ2）1/3 ……（１）
で与えられ、短波長で表面張力の影響を強く受ける。
【００２１】
液体の表面にキャピラリー波が発生すると、液体の周辺を反射の境界として、液体の表面に干渉波が起こる。干渉波の発生により、液体の表面での液体の衝突、引きちぎり合うエネルギが表面張力Ｔに勝り、液体を微粒子化して空中に飛散させる。この現象は超音波霧化と言われ、超音波加湿器やネブライザ等に利用されているが、飛散する微粒子としての水滴２２３ｍの直径Ｄは、
Ｄ＝０，３４（８πＴ/ρｆ2）1/3 ……（２）
に相関することが、実験的な経験則として知られている。
【００２２】
現在、実用化されている超音波霧化の多くは超音波振動子２１から液体に直接超音波Φを励振する方法がとられており、その励振周波数はＭＨｚオーダのものが多い。第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置では、空気中を伝わる超音波Φを利用した超音波霧化を目的としているので、空気中では高周波の超音波Φは音波の伝搬減衰が液体、固体に比べ、大きくなり、超音波ΦはｋＨｚオーダの周波数帯が、好ましく、例えば、１５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度に選べばよい。励振周波数２８ｋＨｚでは、飛散する微粒子としての水滴２２３ｍの直径Ｄは、（２）式より、約６０μｍとなる。このようにして、強力な超音波Φで貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３が霧化して水滴２２３ｍとなることにより、水滴２２３ｍが貫通孔ビア２２２の外へ押し出され、除去され、脱水処理が行なわれる。
【００２３】
第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の超音波振動子２１としては、例えば、分極した圧電セラミックスと電極を金属ブロックではさみボルトで締め付けて一体化した、ボルト締めランジュバン型振動子が使用可能であるが、ランジュバン型振動子に限定されるものではない。一般にランジュバン型振動子は、機械的品質係数Ｑmが高いため、周波数のスパンの狭い共振ピークを持つ特徴を有する。
【００２４】
第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の基板位置制御機構（２５，３２）は、被処理基板２２ａを懸架して図３の紙面に垂直方向（Ｘ軸方向）に搬送するＸ軸移動ステージと、超音波振動子２１から反射板２３に向かう方向（Ｚ軸方向）に、被処理基板２２ａの位置を移動（微動）して、被処理基板２２ａを超音波Φの定在波の節の位置から僅かにずれた最適霧化位置に調整するＺ軸移動ステージとを有する２軸移動ステージ２５と、この２軸移動ステージ２５を駆動制御する基板位置制御装置３２とを備える（図３と直交する角度からみた図１には、Ｘ軸方向とＺ軸方向が示されている。）。基板位置制御装置３２には、プロセッサ３４から２軸移動ステージ２５の駆動制御用の信号が送られる。
【００２５】
工業的な実用上の観点からは、Ｘ軸移動ステージは、コンベアと同様な逐次搬送機構を備えるように構成すればよい。超音波Φが伝搬する空気の温度・湿度が制御され、同一品種の被処理基板２２ａが順次搬送される場合であれば、被処理基板２２ａが所定の最適霧化位置を通過するように、予め、Ｚ軸移動ステージを調整した後、複数枚（多数枚）の被処理基板２２ａを、順次、Ｘ軸移動ステージによって、コンベア搬送し、超音波振動子２１と反射板２３との間に励振された超音波Φの定在波中を、複数枚の被処理基板２２ａが通過して、脱水処理されるようにすればよい。
【００２６】
一方、温度・湿度が変動する場合や、多品種の被処理基板２２ａが順次搬送される場合は、それらの変化する条件を追尾して、被処理基板２２ａが、最適な最適霧化位置を通過するように、逐次、Ｚ軸移動ステージを調整して、複数枚（多数枚）の被処理基板２２ａを、順次、Ｘ軸移動ステージによって、コンベア搬送する必要が生じる。２軸移動ステージ２５のＸ軸のコンベア搬送方向に沿って、超音波振動子２１と反射板２３の組を平行に対峙して配列させることで、逐次搬送されてくる複数枚の被処理基板２２ａの、それぞれの全面を超音波でカバーすることができる。
【００２７】
第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、超音波Φにより貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３の霧化を行なう際、貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３だけでなく、被処理基板２２ａを構成する絶縁基板２２１が、超音波Φにより振動する。この超音波Φによる絶縁基板２２１の振動加速度が過大な値となる場合、層間剥離などにより、多層構造をなす絶縁基板２２１が損傷する可能性がある。
【００２８】
そこで、最大加速度が衝撃と等価であるとみなし、絶縁基板２２１の振動加速度を計測した。即ち、図３に示す第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、超音波振動子２１により空気中に超音波Φを励振し、反射板２３としてガラス板を用い、レーザードップラー振動速度計を用いて絶縁基板２２１の振動速度の計測を行なった。振動速度の計測は、図３に示した２軸移動ステージ２５のＺ軸移動ステージを用いて、被処理基板２２ａのＺ軸方向の位置の制御を行ない、超音波Φによる、貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３の霧化が生じるＺ軸方向の位置を原点とし、そこから０．５ｍｍ毎にＺ軸方向の±３ｍｍまで移動させ、絶縁基板２２１の振動速度を測定した。測定された振動加速度は、Ｚ軸方向の各測定点において、最大でも６１９ｍ／ｓ２であった。例えば、多層プリント基板が使用されている携帯電話の一般的な許容衝撃強さは９８０ｍ／ｓ２とされているが、この値よりも低い振動加速度であり、絶縁基板２２１への振動加速度の許容内である。よって、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置によれば、絶縁基板２２１への超音波Φの衝撃の影響は、無視して良いと判断できる。
【００２９】
なお、図３では、基板位置制御機構（２５，３２）の２軸移動ステージ２５が、被処理基板２２ａの上方に配置され、被処理基板２２ａを懸架しているが、例示であり、図３の懸架移動に限定されるものではない。例えば、２軸移動ステージ２５を被処理基板２２ａの下方に配置し、２軸移動ステージ２５が被処理基板２２ａを搭載するような構成でも構わない。この場合も、Ｘ軸移動ステージは、コンベアと同様な逐次搬送機構を備えて、Ｘ軸移動ステージに搭載された被処理基板２２ａが、順次、コンベア搬送され、超音波振動子２１と反射板２３との間に励振された超音波Φの定在波中を、複数枚の被処理基板２２ａが通過して、順次、複数枚の被処理基板２２ａが脱水処理されるようにすればよい。
【００３０】
第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置においては、超音波振動子２１から空気中に放射された超音波Φを利用する際、反射板２３を用いて定在波を形成することで、より音圧の高い音場を形成している。図１及び図３に示すような、超音波Φの垂直入射における反射板２３による反射は、二つの媒質が接する境界面で起こり、その反射率Ｒpは二つの媒質の固有音響インピーダンスＺ1，Ｚ2に依存する。よって、反射板２３による超音波Φの反射率Ｒpは、媒質１，２のそれぞれの固有音響インピーダンスをＺ1，Ｚ2として、
Ｒp＝（Ｚ2−Ｚ1）／（Ｚ2＋Ｚ1） ……（３）
で示される。（３）式により、媒質１を空気、媒質２を反射板２３の材料として計算すると、媒質２の固有音響インピーダンスＺ2が媒質１の固有音響インピーダンスＺ1よりも十分に大きければ（Ｚ1≪Ｚ2）、反射率Ｒpは反射板２３の材質によらず１に近似する。又、斜め入射を考えた場合においても、Ｚ1≪Ｚ2であることから入射波は全反射するといえる。そこで、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、反射板２３として厚さ２，５，１０ｍｍのガラス板、厚さ２，５，１０ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）板及び厚さ５，１０ｍｍの鉄（Ｆｅ）板を使用して反射率Ｒpを測定したが、反射率Ｒpは、反射板２３の固有音響インピーダンスＺ2が空気の固有音響インピーダンスＺ1よりも十分に大きければ、反射板２３の材質及び板厚の影響をほとんど受けないことが確認された。超音波Φの反射率Ｒpの測定値が１に近似しない理由としては、反射及び屈折時の超音波Φの減衰や反射板２３による超音波Φの吸音といったことが考えられる。
【００３１】
図３に示すように、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、更に、超音波Φを検出する超音波検出器２４を反射板２３の裏面に固定している。超音波検出器２４は、反射板２３中に設けられた貫通孔２３１を介して超音波Φを検出する。超音波検出器２４の出力は、振動子駆動制御装置３５に帰還され、超音波振動子２１の出力が制御される。そして、更に、超音波検出器２４の出力を帰還して、反射板２３が定在波を励振するように、反射板２３の位置を制御する反射板位置制御機構（２６，３３）を備えている。反射板位置制御機構（２６，３３）は、反射板２３を搭載して、超音波振動子２１から反射板２３に向かう方向（Ｚ軸方向）に、定在波が励振されるように反射板２３の位置を移動（微動）して調整するＺ軸移動ステージ（１軸移動ステージ）２６と、この１軸移動ステージ２６を駆動制御する反射板位置制御装置３３とを備える、反射板位置制御装置３３には、プロセッサ３４から１軸移動ステージ２６の駆動制御用の信号が送られる。このため、超音波検出器２４には増幅器３１が接続され、超音波検出器２４の出力は、増幅器３１を介して、プロセッサ３４に入力し、プロセッサ３４が必要な信号処理を行ない、１軸移動ステージ２６の駆動制御用の信号を反射板位置制御装置３３に出力する。超音波検出器２４の出力を反射板位置制御装置３３に帰還し、最適な条件で超音波Φの定在波を励振することで、被処理基板２２ａの貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３の霧化に必要な強力な音場を効率よく作り出すことができる。
【００３２】
更に、増幅器３１を介して、プロセッサ３４に入力した超音波検出器２４の出力は、２軸移動ステージ２５の駆動制御用の信号の生成にも利用することも可能で、超音波検出器２４の出力を、２軸移動ステージ２５を駆動制御する基板位置制御装置３２に帰還することにより、被処理基板２２ａの位置をも最適化することができる。このように、超音波検出器２４の出力を、振動子駆動制御装置３５、反射板位置制御装置３３及び基板位置制御装置３２に帰還することにより、超音波Φを集中させ、霧化現象が効率よく発現する条件を自動的に制御し、追尾することが可能になる。
【００３３】
第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、被処理基板２２ａの貫通孔ビア２２２に溜まった水２２３の霧化現象を瞬時に発現させるためには、霧化条件がそろっている必要がある。具体的には、超音波Φの定在波の振幅が大きくなっていること、貫通孔ビア２２２が定在波の節の近傍の最適霧化位置に一致していることが必要である。定在波となっている超音波Φが強力になるためには、超音波振動子２１と反射板２３の距離が最適化されており、反射波と超音波振動子２１からの放射波のそれぞれの位相が完全に一致する必要がある。この条件は音速で決定されるが、音速は温度・湿度によって変動し、更に、搬送されてくる被処理基板２２ａの材質・厚み・ビアの構造で見かけ上の音速は変化する。
【００３４】
２軸移動ステージ２５によって、材質・厚み・構造等の異なる多品種の被処理基板２２ａがコンベア搬送される場合は、時事刻々と変化する霧化条件にリアルタイムで対応して、逐次、常に反射板２３と超音波振動子２１の距離を適正な値に保つ必要がある。又、反射板２３と超音波振動子２１の距離の変化に応じて、超音波Φの定在波の節の位置も変化するため、定在波の節の位置の変化に応じて、被処理基板２２ａの相対位置を調整する必要がある。第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置によれば、超音波検出器２４の出力を、振動子駆動制御装置３５、反射板位置制御装置３３及び基板位置制御装置３２に帰還し、反射板２３における音圧の位相と超音波振動子２１の印加電圧の位相の関係より、超音波振動子２１と反射板２３の最適距離を逐次推定し自動調整し、且つ多品種の被処理基板２２ａの位置を逐次推定し自動調整して、常に、最適条件において霧化現象が効率よく発現するように、自動的に制御し、追尾することができる。最適条件において霧化させるように、帰還制御することにより、超音波Φを照射し始めてから霧化が終了するまでの時間を短くできるので、製造ラインのスループットを低下させることはない。
【００３５】
なお、図３では、反射板位置制御機構（２６、３３）の１軸移動ステージ２６が、反射板２３の下方に配置され、反射板２３を搭載しているが、例示であり、例えば、１軸移動ステージ２６を反射板２３の上方に配置し、１軸移動ステージ２６が反射板２３を懸架するような構成でも構わない。
【００３６】
図６は、超音波振動子２１と反射板２３の間隔の変化に対する音圧変化を測定することで、超音波Φが被処理基板２２ａを透過し、超音波Φの定在波が形成されるときの超音波振動子２１と反射板２３の間隔を調べた結果である。具体的には、超音波振動子２１の振動面と反射板２３の表面の間隔を1軸移動ステージ２６を用いて０．１ｍｍずつ変化させながら、超音波振動子２１の振動面から１ｍｍの距離に固定した超音波検出器（コンデンサマイク）により、音圧の変化を測定した結果である。図６の測定では、反射板２３には５ｍｍ厚のアルミニウム板を使用した。超音波Φの波長は超音波振動子２１の共振周波数と空気の音速から求まり、空気の温度によって変化するので、温度２０．０℃、湿度２７％の条件で測定している。超音波振動子２１の共振周波数２８ｋＨｚでは、波長λ＝１２．１ｍｍであるので、理論的には、波長の１／２の奇数倍の距離となる節の位置は、その最初の位置が、超音波振動子２１の振動面から約６．０５ｍｍの位置となる。超音波Φの音圧のピーク時に、超音波Φが被処理基板２２ａを透過し、超音波Φの定在波が形成されると考えられるが、図６の測定では、ピーク時の音圧は超音波振動子２１と反射板２３の間隔が狭いほど大きくなる傾向がみられた。
【００３７】
理論的には、超音波Φの定在波は音源と反射板２３の間隔が音波の波長の１／２の整数倍の値のとき形成されるはずである。よって、図３に示す第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置のように被処理基板２２ａを定在波の節の近傍に挿入する構成においては、ｎを２以上の正の整数として、音源の超音波振動子２１と反射板２３の間隔が音波の波長λの（ｎ／２）倍の値のとき定在波が形成され、半波長の奇数倍の位置に節がそれぞれ形成されるはずである。しかし、図６に示される測定結果によれば、音圧のピークの位置として与えられる節の最初の位置（図６で一番左側のピークの位置）は、超音波振動子２１の振動面から距離６．４ｍｍの位置に形成され、波長の約１／２より極く僅か大きな値となっている。このことから、被処理基板２２ａがない場合の一様な空気中に励起される理想的な定在波に比し、被処理基板２２ａを挿入することにより、定在波の波形に、極く僅かの歪み（擾乱）が発生した複雑な定在波になっていると考えられる。
【００３８】
図３に示す第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、超音波振動子２１と被処理基板２２ａの間隔を変化させながら音圧測定を行なった。反射板２３として２ｍｍ厚のアルミニウム板を用いた。その反射板２３にｄ＝０．８ｍｍφの貫通孔２３１を開け、超音波振動子２１と向き合うようにコンデンサマイクを超音波検出器２４として取り付けた。超音波振動子２１への印加電圧は１５０Ｖp-pとし、被処理基板２２ａ位置は超音波霧化の発現領域の前後である６．５ｍｍから７．５ｍｍまで変化させた。超音波Φが被処理基板２２ａを透過し、超音波Φの定在波が形成されると音圧が極大となると考えられるため、音圧が極大値となったときの音圧とそのときの反射板２３位置を測定した結果を図７に示す。図７に示す結果から、被処理基板２２ａの位置を０．１ｍｍ変化させる毎に反射板２３の最適位置も被処理基板２２ａの位置と連動して０．１ｍｍずつ変化していることが確認できる。又、音圧が極大値をとるのは被処理基板２２ａの位置が６．７ｍｍのときであり、貫通孔ビア２２２の霧化現象においては音圧が大きく関係していることが確認できる。実際に貫通孔ビア２２２に水を充填させ、音圧が極大値をとる位置を最適霧化位置として被処理基板２２ａを配置すると、超音波霧化が発現させることが確認できた。
【００３９】
超音波Φも波長λよりも小さな内径ｄを有する貫通孔ビア２２２中を、超音波Φは減衰波（エバネッセント波）の形で、減衰しながら透過する。よって、被処理基板２２ａの厚さが、超音波Φの波長λよりも十分薄ければ、超音波Φは、ある程度、被処理基板２２ａを透過する。減衰波として、貫通孔ビア２２２を有する被処理基板２２ａを透過した超音波Φは、超音波振動子２１と被処理基板２２ａとの間の超音波Φとともに定在波を形成する。測定によれば、被処理基板２２ａを設置せずに測定した音圧と比較して、透過した超音波Φの音圧はその約１０％である。よって、被処理基板２２ａを透過後の音圧の被処理基板２２ａに与える影響は、被処理基板２２ａを透過する前の音圧が被処理基板２２ａに与える影響よりも小さい。又、被処理基板２２ａを構成するが紙フェノール基板とガラスエポキシ基板では、僅かに紙フェノール基板の方が超音波Φを透過しやすい傾向がみられることから、被処理基板２２ａを透過する超音波Φには、貫通孔ビア２２２の内部を伝搬する成分と、被処理基板２２ａの絶縁基板２２１を透過する成分の両方が寄与していることが分かる。実際には、超音波振動子２１と被処理基板２２ａとの間には、被処理基板２２ａを反射板とする第１の定在波と、被処理基板２２ａを透過して反射板２３で反射した第２の定在波の合成波が、互いに相関しながら形成されていると推定される。
【００４０】
又、被処理基板２２ａの位置を、音圧が最大であった６．７ｍｍとした際の、反射板２３の位置と音圧との関係（黒丸）、印加電圧と超音波検出器２４の出力電圧（マイク出力）の位相差と反射板２３の位置との関係（白抜きの四角）を測定した測定結果を図８に示す。図８に示す結果から、黒丸で示した音圧が極大となる位置よりも手前側の反射板２３の位置では、白抜きの四角で示した位相差がほぼ線形に変化し、位相差が−９０°付近で音圧が極大となっていることが確認できる。黒丸で示した超音波検出器２４の出力電圧（マイク出力）が極大になっているときに系が共振系となり、強力な超音波Φが励振される。図８に示す変化の様子より、距離の最適値を推定することができる。推定をもとに超音波振動子２１と反射板２３のそれぞれの位置を調整し、定在波の節の近傍の最適霧化位置に被処理基板２２ａをコンベア搬送して、超音波Φの励振効率を最大にして、順次、脱水処理を行なうことができる。
【００４１】
図３に示す第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、厚さｔ＝１．６ｍｍの３枚の被処理基板２２ａに、それぞれ内径ｄ＝０．８ｍｍ、１．５ｍｍ、３．０ｍｍの貫通孔ビア２２２を設けて、３種の被処理基板２２ａを用意した。そして、これらの内径ｄの異なる貫通孔ビア２２２をそれぞれを介して、温度２０．０℃、湿度２７％の条件で、それぞれ２８ｋＨｚの超音波Φを検出するように、３種の被処理基板２２ａのそれぞれに超音波検出器を貼り付けた。
【００４２】
前述したとおり、温度２０．０℃、湿度２７％の条件での２８ｋＨｚの超音波Φの定在波の節の位置Ｐnodeは６．４ｍｍと測定されたが、被処理基板２２ａがない場合の一様な空気中の定在波に対し、被処理基板２２ａの挿入が、波形の歪み（擾乱）を発生させていると考えられるので、超音波Φの定在波の節の位置Ｐnodeは、厳密には、貫通孔ビア２２２の内径ｄの値に依存し、０．２ｍｍ程度変化する。しかし、図９は、貫通孔ビア２２２の内径ｄの値の変化に対する節の位置Ｐnodeの依存性は無視できると近似して、図３に示した２軸移動ステージ２５のＺ軸移動ステージを用いて、超音波振動子２１の振動面と被処理基板２２ａの左側の表面の間隔Ｌを変化させながら、貫通孔ビア２２２に充填された水２２３の脱水の可否（容易さ）を確率として縦軸に、波長λ＝１２．１ｍｍで規格化して間隔Ｌを横軸に表現している。
【００４３】
貫通孔ビア２２２の内径ｄの値の変化に対する節の位置Ｐnodeの依存性が無視できると近似した条件では、３種の被処理基板２２ａのいずれも、節の位置Ｐnodeから０．０２波長ほど離れた最適霧化位置Ｐoptを中心に霧化現象が分布し、貫通孔ビア２２２の内径ｄの値に対する最適霧化位置Ｐoptの依存性は無視できると近似できるが、分布の幅（半値幅）に差異が認められる。貫通孔ビア２２２の内径ｄが小さいほど、毛細管力が大きくなるため、脱水に必要な超音波Φの音圧が高くなり、超音波Φの音圧が高い最適霧化位置Ｐoptの近傍のみに局在して霧化現象が発生し、分布の幅が狭いが、貫通孔ビア２２２の内径ｄが次第に大きくなると、次第に毛細管力が小さくなり、次第に脱水に必要な超音波Φの音圧も低くなり、最適霧化位置Ｐoptから離れた位置でも霧化現象が発生可能となり、分布の幅が次第に広がると考えられる。
【００４４】
更に、表１に示すとおり、厚さｔ＝１．６ｍｍの３枚の被処理基板２２ａに、それぞれ、内径ｄ＝０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍの８種の貫通孔ビア２２２を設けて、それぞれの貫通孔ビア２２２に水２２３を充填し、充填された水２２３の脱水の可否を測定したが、内径ｄ＝０．３ｍｍ〜３．０ｍｍのすべての貫通孔ビア２２２で脱水可能であった。
【表１】
【００４５】
表１には、２８ｋＨｚの超音波Φの波長λ＝１２．１ｍｍに対する貫通孔ビア２２２の内径ｄの比（ｄ/λ）も示しているが、ｄ/λ＝２．５％〜２４．８％の範囲内では、脱水の可否における、貫通孔ビア２２２の内径ｄの超音波Φの波長λに対する依存性はないと判断できる。
【００４６】
又、表１には、被処理基板２２ａの厚さｔ＝１．６ｍｍと、貫通孔ビア２２２の内径ｄとの比で貫通孔ビア２２２のアスペクト比ｔ/ｄを示しているが、アスペクト比ｔ/ｄ＝５．３〜０．５の範囲内では、脱水の可否における、貫通孔ビア２２２のアスペクト比ｔ/ｄに対する依存性はないと判断できる。表１に示した結果から、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、内径ｄ＝３ｍｍ以下、特に内径ｄ＝１ｍｍ以下、更には内径ｄ＝０．８ｍｍ以下の微細な口径を有する貫通孔ビア２２２を備えた被処理基板２２ａのウェット洗浄及びその後の乾燥工程に有効であることが分かる。なお、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、内径ｄ＝３ｍｍ以上の口径の貫通孔ビア２２２を備えた被処理基板２２ａのウェット洗浄及びその後の乾燥工程にも適用可能ではあるが、内径ｄ＝３ｍｍ以上の場合、他の方法でも脱水や乾燥が可能であるため、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置としての特徴は、相対的に薄いものとなる。
【００４７】
図１０に示すように、被処理基板２２ａの表面を鉛直方向から角度θだけ傾けて、超音波Φの入射角θを変化して、入射角θの変化が脱水効果に与える影響を調べた結果を表２に示す。
【表２】
【００４８】
表２において、○は脱水できた場合、△は脱水できた場合とできなかった場合が混在した状態、×は脱水できなかた場合を意味する。表２の結果から、許容できる被処理基板２２ａの傾斜角度θ（＝超音波入射角θ）は、１．４°までとなる。よって、図３に示す第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の２軸移動ステージ２５のＸ軸移動ステージを用いて、複数枚（多数枚）の被処理基板２２ａを、順次、コンベア搬送する際、被処理基板２２ａが搬送方向のＸ軸方向から傾斜する角度θは、１．４°程度まで許容できると判断される。
【００４９】
第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、水洗い洗浄工程後の脱水工程のみに限定的に用いられるのではなく、種々の液体によるウェット洗浄工程後の、乾燥工程に適用可能である。図３に示す第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成において、被処理基板２２ａの厚みｔ＝１．６ｍｍ、貫通孔ビア２２２の内径ｄ＝０．５ｍｍの場合において、貫通孔ビア２２２の内部に液体の種類として、水とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を充填した。そして、２軸移動ステージ２５のＺ軸移動ステージを用いて、超音波振動子２１の振動面と被処理基板２２ａの左側の表面の間隔Ｌを変化させた場合の、乾燥の可否（容易さ）を確率として縦軸に、波長λ＝１２．１ｍｍで規格化して間隔Ｌを横軸に表現したのが、図１１である。
【００５０】
ＩＰＡは水と比べて表面張力が小さいため、乾燥に必要な超音波Φの音圧が水の場合よりも低く、最適霧化位置Ｐoptから離れた位置でも霧化現象が発生可能となるので、分布の幅が広がり、広い範囲で霧化現象が観測できることが分かる。
【００５１】
以上のように、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法によれば、図１や図３に示した簡単且つ安価な構造で、種々の貫通孔ビア２２２に溜まった液体を効率よく霧化できる。特に、被処理基板を、超音波Φの定在波の節の位置から僅かにずれた最適霧化位置に配置しているので、被処理基板に過大な衝撃を与えることなく、非接触でかつ瞬間的に、微細な貫通孔ビア２２２に溜まった液体を飛散させ、液体と同時に不純物を除去できる超音波乾燥装置、及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法を提供することができる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
高密度配線されたなプリント基板の場合、特に、小さな内径を有する有底孔ビアの場合は、洗浄工程の際に有底孔ビアに溜まった水の除去が困難である。
【００５３】
本発明の第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、図１２に示すように、超音波Φを発生する超音波振動子２１と、この超音波振動子２１を駆動制御する振動子駆動制御装置３５と、超音波Φを反射し、空気中に超音波Φの定在波を励振させる反射板２３と、定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に被処理基板２２ｂを移動させる基板位置制御機構とを備える。第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置においても、「定在波の節の位置の近傍」とは、「定在波の節の位置から波長の５％以下の極く僅か離間した位置」を意味することは、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置と同様である。
【００５４】
ここで、被処理基板２２ｂとしてのプリント基板は、図１２に示すように、多層構造をなす絶縁基板２２１の上面（第１主面）側から裏面（第２主面）に向かって、有底孔ビア（ブラインドビア）２２５が開孔されている。図示を省略しているが、図２に示したのと同様に、絶縁基板２２１の上面（第１主面）、裏面（第２主面）、及びその内部の多層構造にも、導体配線が微細化されて形成され、有底孔ビア２２５は、多層構造の絶縁基板２２１の全層を貫通せず、上面（第１主面）側のみ設けられているが、貫通孔ビア２２２の場合と同様に、金属製の円筒（カナル）によって有底孔に導電性の側壁が形成され、導電性の側壁は有底孔の底面の導電性の底面に連続して電気的に接続されている。有底孔の底面は、被処理基板２２ｂの内部の多層構造配線のいずれかと電気的に接続されている。そして、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、被処理基板２２ｂを最適霧化位置に配置することにより、被処理基板２２ｂの凹部である有底孔ビア２２５に溜まった液体（水）２２３に超音波Φを集中させる。
【００５５】
有底孔ビア２２５の場合は、図４に模式的に示したように、超音波Φが集中しても、高まった音響放射圧による力で水滴２２３Ｓを有底孔ビア２２５から押し出すことができない。そこで、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置においては、有底孔ビア２２５の開口側を超音波振動子２１の方向に向け、有底孔ビア２２５の内部に超音波Φを集中させて強力な超音波Φの場を発生させる。強力な超音波Φによって、有底孔ビア２２５に溜まった水２２３の表面に、音響放射圧Ｓの作用を強くすると、水２２３の表面にキャピラリー波が発生する。そこで、キャピラリー波の振幅が大きくなり表面張力に打ち勝つように超音波Φを照射すれば、図１２に示すように、微小な微粒子としての水滴２２３ｍが飛散し、脱水処理が行なわれる。
【００５６】
一方、有底孔ビア２２５の開口側を反射板２３側に向けた場合、霧化は観測されなかった。その理由として、有底孔ビア２２５の場合は、十分な超音波Φの強度が被処理基板２２ｂ内を透過しないため、被処理基板２２ｂがない場合の、超音波振動子２１と反射板２３の間の一様な空気中に励起される理想的な定在波に対し、被処理基板２２ｂを挿入することにより、被処理基板２２ｂと反射板２３の間の定在波の振幅が非常に小さくなり、定在波の波形が大きく歪んでいると考えられる。実際には、超音波振動子２１と被処理基板２２ｂとの間には、被処理基板２２ｂを反射板とする第１の定在波と、被処理基板２２ｂ中を減衰波として透過して反射板２３で反射した第２の定在波の合成波が、互いに相関しながら形成されていると推定されるが、第２の定在波の振幅は非常に小さい。したがって、有底孔ビア２２５に溜まった水等の液体の霧化を行なう際は、有底孔ビア２２５の開口側を超音波振動子２１側に向け、第１の定在波を利用する必要がある（なお、図１２では左側の主面を上面（第１主面）、右側の主面を裏面（第２主面）と、便宜上定義しているが、単なる定義であり、この定義に限定されるものではない。要は、超音波振動子２１の方向を向く主面に、有底孔ビア２２５の開口側が向いていればよい。）。
【００５７】
第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の基板位置制御機構は、被処理基板２２ｂを懸架して図１３のＸ軸方向に搬送するＸ軸移動ステージと、超音波振動子２１から反射板２３に向かう方向（Ｚ軸方向）に、被処理基板２２ｂの位置を移動（微動）して、被処理基板２２ｂを超音波Φの定在波の節の位置から僅かにずれた最適霧化位置に調整するＺ軸移動ステージとを有する２軸移動ステージ２７と、この２軸移動ステージ２７を駆動制御する基板位置制御装置（図３と同様であるので図示を省略する。）とを備える。基板位置制御装置には、プロセッサ（図示省略。）から２軸移動ステージ２７の駆動制御用の信号が送られる。第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置と同様に、Ｘ軸移動ステージは、コンベアと同様な逐次搬送機構を備えるように構成し、Ｚ軸移動ステージを調整して、被処理基板２２ｂが最適な最適霧化位置を通過するようにして、複数枚（多数枚）の被処理基板２２ｂを、順次、搬送する。２軸移動ステージ２７のＸ軸のコンベア搬送方向に沿って、超音波振動子２１と反射板２３の組を平行に対峙して配列させることで、逐次搬送されてくる複数枚の被処理基板２２ｂの、それぞれの全面を超音波でカバーすることができる。
【００５８】
図３に示したのと同様に、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、更に、超音波Φを検出する超音波検出器（図示省略。）を反射板２３の裏面に固定している。超音波検出器は、反射板２３中に設けられた有底孔を介して超音波Φを検出する。超音波検出器の出力は、振動子駆動制御装置（図示省略。）に帰還され、超音波振動子２１の出力が制御される。そして、更に、超音波検出器の出力を帰還して、反射板２３が定在波を励振するように、反射板２３の位置を制御する反射板位置制御機構（図示省略。）を備えている。反射板位置制御機構は、反射板２３を搭載して、超音波振動子２１から反射板２３に向かう方向（Ｚ軸方向）に、定在波が励振されるように反射板２３の位置を移動（微動）して調整するＺ軸移動ステージである１軸移動ステージ（図示省略。）と、この１軸移動ステージを駆動制御する反射板位置制御装置（図示省略。）とを備える、反射板位置制御装置には、プロセッサから１軸移動ステージの駆動制御用の信号が送られる。このため、超音波検出器には増幅器（図示省略。）が接続され、超音波検出器の出力は、増幅器を介して、プロセッサに入力し、プロセッサが必要な折り信号処理を行ない、１軸移動ステージの駆動制御用の信号を反射板位置制御装置に出力する。超音波検出器の出力を反射板位置制御装置に帰還し、最適な条件で超音波Φの定在波を励振することで、被処理基板２２ｂの有底孔ビア２２５に溜まった水２２３の霧化に必要な強力な音場を効率よく作り出すことができる。
【００５９】
更に、増幅器を介して、プロセッサに入力した超音波検出器の出力は、２軸移動ステージ２７の駆動制御用の信号の生成にも利用することも可能で、超音波検出器の出力を、２軸移動ステージ２７を駆動制御する基板位置制御装置に帰還することにより、被処理基板２２ｂの位置をも最適化することができる。このように、超音波検出器の出力を、振動子駆動制御装置、反射板位置制御装置及び基板位置制御装置に帰還することにより、超音波Φを集中させ、有底孔ビア２２５における霧化現象が効率よく発現する条件を自動的に制御し、追尾することが可能になる。
【００６０】
第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、被処理基板２２ｂの有底孔ビア２２５に溜まった水２２３の霧化現象を瞬時に発現させるためには、霧化条件がそろっている必要がある。具体的には、超音波Φの定在波の振幅が大きくなっていること、有底孔ビア２２５が定在波の節の近傍の最適霧化位置に一致していることが必要であることは第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置と同様である。定在波となっている超音波Φが強力になるためには、超音波振動子２１と反射板２３の距離が最適化されており、反射波と超音波振動子２１からの放射波のそれぞれの位相が完全に一致する必要がある。この条件は音速で決定されるが、音速は温度・湿度によって変動し、更に、搬送されてくる被処理基板２２ｂの材質・厚み・ビアの構造で見かけ上の音速は変化するので、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置によれば、超音波検出器の出力を、振動子駆動制御装置、反射板位置制御装置及び基板位置制御装置に帰還し、反射板２３における音圧の位相と超音波振動子２１の印加電圧の位相の関係より、超音波振動子２１と反射板２３の最適距離を逐次推定し自動調整し、且つ多品種の被処理基板２２ｂの位置を逐次推定し自動調整して、常に、最適条件において霧化現象が効率よく発現するように、自動的に制御し、追尾することができる。最適条件において霧化させるように、帰還制御することにより、超音波Φを照射し始めてから霧化が終了するまでの時間を短くできるので、製造ラインのスループットを低下させることはない。
【００６１】
図１２及び図１３に示す第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、反射板２３として５ｍｍ厚のアルミニウム板を使用し、超音波振動子２１の振動面と内径ｄ＝０．８ｍｍの有底孔ビア２２５を設けた被処理基板２２ｂの表面との間隔Ｌを、２軸移動ステージ２７を用いて、Ｘ軸方向に０．５ｍｍ、Ｚ軸方向に０．１ｍｍずつ変化させながら実験した結果を図１４に示す。図１４では、比較のために内径ｄ＝０．８ｍｍの貫通孔ビアを有する被処理基板のデータもプロットしている。超音波振動子２１への印加電圧を１５０Ｖp-pとし、被処理基板２２ｂは厚さｔ＝１．６ｍｍのガラスエポキシ基板である。超音波振動子２１と反射板２３の間隔は３２．０ｍｍで固定している。図１４に示すように、有底孔ビア２２５は貫通孔ビアと比較して霧化が起こりにくい傾向がみられる。
【００６２】
第１の実施の形態で説明した貫通孔ビア２２２を有する被処理基板２２ａにおいては、超音波Φがある程度、被処理基板２２ａを透過し、定在波が形成されていることが確認できた。但し、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置においても、被処理基板２２ａを設置せずに測定した音圧と比較して、透過した超音波Φはその約１０％であるため、被処理基板２２ａを透過後の音圧の影響は、被処理基板２２ａを透過前の音圧の影響よりも小さいことがいえる。一方、有底孔ビア２２５を有する被処理基板２２ｂでは、超音波Φは被処理基板２２ｂを十分には透過せず、その音圧は貫通孔ビア２２２を有する被処理基板２２ａでの音圧の約１５〜３０％である。つまり、被処理基板２２ｂを設置せずに測定した音圧の約１．５〜３％しか得ていないことが分かる。第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置において、被処理基板２２ａを構成する材質が紙フェノール基板とガラスエポキシ基板では、僅かに紙フェノール基板の方が超音波Φを透過しやすい傾向がみられることから、被処理基板２２ａを透過する超音波Φには、貫通孔ビア２２２の内部を伝搬する成分と、被処理基板２２ａの絶縁基板２２１を透過する成分の両方があることを述べたが、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の被処理基板２２ｂの場合は、被処理基板２２ｂを透過する超音波Φには、有底孔ビア２２５を経由して有底孔ビア２２５の底に位置する絶縁基板２２１の薄い部分を伝搬する成分と、被処理基板２２ｂの絶縁基板２２１の全体の厚み部分を透過する成分の両方が存在すると推定できるが、有底孔ビア２２５を経由する成分は非常に小さい。したがって、有底孔ビア２２５を有する被処理基板２２ｂでは、被処理基板２２ｂと反射板２３の間の定在波の振幅が非常に小さくなっており、超音波振動子２１と反射板２３の間に、極度に非対称な定在波の励起を仮想できる。このため、被処理基板２２ｂは、超音波振動子２１と反射板２３の間の音圧の影響をほとんど受けないため、有底孔ビア２２５の開口側を反射板２３側に向けても、有底孔ビア２２５に溜まった水２２３の霧化は困難である。
【００６３】
又、図１３に示す第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置の構成を用い、被処理基板２２ｂの厚みｔ＝１．６ｍｍ、有底孔ビア２２５の内径ｄ＝０．５ｍｍの場合において、有底孔ビア２２５の内部に、水を充填し、２軸移動ステージ２５のＺ軸移動ステージを用いて、超音波振動子２１の振動面と被処理基板２２ｂの左側の表面の間隔Ｌを変化させた場合の、脱水の可否（容易さ）を確率として縦軸に、波長λ＝１２．１ｍｍで規格化して間隔Ｌを横軸に表現したのが、図１５である。図１５からも、有底孔ビア２２５の場合は、図９に示した貫通孔ビアの場合に比べて霧化現象がみられる範囲が狭い。
【００６４】
図１４（及び図１５）に示すように、貫通孔ビア２２２と有底孔ビア２２５では、被処理基板２２ａ，２２ｂを透過する超音波Φの強度や、定在波の状況（波形）が異なり、超音波霧化の発現領域が異なるため、同一の条件で、同時に脱水することは不可能である。そのため、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置と第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置とは、それぞれの発現領域に対応できるように、条件設定を変更する必要があり、有底孔ビア２２５に溜まった水の霧化には、第１の実施の形態に係る超音波乾燥装置よりも高い音圧を被処理基板２２ｂに与える必要があり、振動振幅の高い超音波振動子２１を使用することが効率のよい霧化に好ましい。
【００６５】
有底孔の深さの影響を調べるために、ｔ＝１．６ｍｍ厚の被処理基板２２ｂに深さの異なる内径ｄ＝０．３ｍｍφの有底孔ビア２２５を開け、超音波振動子２１への印加電圧を１００Ｖp-p，１２５Ｖp-p，１５０Ｖp-pと変化させて、超音波Φの強さの霧化に与える効果について調べた結果を図１６に示す。有底孔ビア２２５の深さを有底孔ビア２２５の内径ｄで規格化し、アスペクト比とし、図１６の横軸とした。超音波振動子２１への印加電圧を１００Ｖp-p→１２５Ｖp-p→１５０Ｖp-pと変化させて、超音波Φの振幅を大きくすればするほど、アスペクト比の高い（より深い）有底孔ビア２２５の液体を霧化して乾燥できることが分かる。このことは、被処理基板２２ｂを透過する超音波Φとしては、有底孔ビア２２５を経由して有底孔ビア２２５の底に位置する絶縁基板２２１の薄い部分を伝搬する超音波Φの成分が非常に小さいことを確認させるものである。
【００６６】
図１６に示した結果から、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置は、内径ｄ＝０．３ｍｍφの有底孔ビア２２５の場合、超音波Φの振幅を大きくすれば、アスペクト比が２．５以上であっても、有効に霧化して乾燥することが可能であり、内径ｄ＝０．３ｍｍφ以下の微細な口径を有する有底孔ビア２２５を備えた被処理基板２２ｂのウェット洗浄及びその後の乾燥工程に有効であることが分かる。
【００６７】
以上のように、第２の実施の形態に係る超音波乾燥装置及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法によれば、図１２や図１３に示した簡単且つ安価な構造で、種々の有底孔ビア２２５に溜まった液体を効率よく霧化できる。特に、被処理基板を、超音波Φの定在波の節の位置から僅かにずれた最適霧化位置に配置しているので、被処理基板に過大な衝撃を与えることなく、非接触でかつ瞬間的に、微細な有底孔ビア２２５に溜まった液体を飛散させ、液体と同時に不純物を除去できる超音波乾燥装置、及びこの超音波乾燥装置を用いた基板処理方法を提供することができる。
【００６８】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６９】
例えば、第１及び第２の実施の形態での説明は、図１に例示したように、Ｘ−Ｚ平面を水平面とし、被処理基板２２ａの主面方向が垂直、即ちＹ−方向に沿った場合を前提として議論しているが、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の定義は図１に例示した方位に限定されるものでなく、互いに直交する座標系であれば任意に座標軸を選択可能である。例えば、定在波の方向が鉛直方向となり、被処理基板２２ａの主面方向が水平方向になるような、他の直交座標系を選定しても構わない。
【００７０】
なお、定在波の方向を鉛直方向とし、被処理基板２２ａの主面方向を水平方向とする直交座標系を選定した場合、図１，図３，図１２，図１３等に例示した構成において、超音波振動子２１をステージに搭載して、超音波振動子２１をＺ軸方向に移動して、超音波振動子２１と被処理基板２２ａ，２２ｂとの相対的距離、超音波振動子２１と反射板２３との相対的距離を調整する態様をも、含んで構わない。よって、より一般的には、本発明の「基板位置制御機構」は、超音波振動子２１と被処理基板２２ａ，２２ｂとの相対的距離及び被処理基板２２ａ，２２ｂと反射板２３との相対的距離を制御可能な機構であり、本発明の「反射板位置制御機構」は、超音波振動子２１と反射板２３との相対的距離、及び被処理基板２２ａ，２２ｂと反射板２３との相対的距離を制御可能な機構であると理解すべきである。
【００７１】
又、第１の実施の形態で説明した２軸移動ステージ２５、第２の実施の形態で説明した２軸移動ステージ２７の動作方法（運用）には、種々の変形等の態様が可能である。例えば、被処理基板２２ａ，２２ｂの品種が予め決まっているルーチンの洗浄工程及び乾燥工程であれば、予め、貫通孔ビア２２２の内径・絶縁基板２２１の材質・厚み・構造等の異なる種々の被処理基板２２ａ、有底孔ビア２２５の内径・絶縁基板２２１の材質・厚み・構造等の異なる種々の被処理基板２２ａのそれぞれについて、最適霧化位置Ｐoptのデータを逐次測定しておき、最適霧化位置データベースにレシピとして蓄積しておくような運用も可能であり、こうすることにより、プロセッサ３４が最適霧化位置データベースの情報を参照しながら、２軸移動ステージ２５，２７の動作をプログラム制御できる。この場合、乾燥工程に先立ち、貫通孔ビア２２２の内径、有底孔ビア２２５の内径、絶縁基板２２１の材質・厚み・構造等の種々の被処理基板２２ａ，２２ｂの製品情報を、被処理基板情報データベースに格納しておき、プロセッサ３４が最適霧化位置データベースと被処理基板情報データベースとに格納された情報をそれぞれ読み出しながら、２軸移動ステージ２５，２７をプログラム制御するような運用にしても良い。
【００７２】
更に、２軸移動ステージ２５，２７の移動の粗調整を、最適霧化位置データベースと被処理基板情報データベースとに格納された情報を用いてプログラム制御で行い、最終的な微調整は、超音波検出器２４の出力を、振動子駆動制御装置３５、反射板位置制御装置３３及び基板位置制御装置３２に帰還し、反射板２３における音圧の位相と超音波振動子２１の印加電圧の位相の関係より、超音波振動子２１と反射板２３の最適距離を微調整し、且つ被処理基板２２ａ，２２ｂの位置を微調整するような運用とし、常に、最適条件において霧化現象が効率よく発現するように、自動的に制御し、追尾するようにしてもよい。このように、プログラム制御を併用しながら、帰還制御することにより、製造ラインのスループットを向上させることも可能である。
【００７３】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な、特許請求の範囲の記載に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００７４】
２１…超音波振動子
２２ａ，２２ｂ…被処理基板
２３…反射板
２４…超音波検出器
２５，２７…２軸移動ステージ
２６…１軸移動ステージ
３１…増幅器
３２…基板位置制御装置
３３…反射板位置制御装置
３４…プロセッサ
３５…振動子駆動制御装置
２２１…絶縁基板
２２２…貫通孔ビア
２２３…水
２２３Ｓ…水滴
２２３ｍ…水滴
２２５…有底孔ビア
２３１…貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を発生する超音波振動子と、
該超音波振動子を駆動制御する振動子駆動制御装置と、
前記超音波を反射し、空気中に前記超音波の定在波を励振させる反射板と、
前記定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に被処理基板を移動させる基板位置制御機構
とを備え、前記最適霧化位置において前記被処理基板の凹部に溜まった液体を霧化して除去することを特徴とする超音波乾燥装置。
【請求項２】
前記反射板に設けられ、前記超音波を検出する超音波検出器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波乾燥装置。
【請求項３】
前記超音波検出器の出力が、前記振動子駆動制御装置に帰還され、前記超音波振動子の出力が制御されることを特徴とする請求項２に記載の超音波乾燥装置。
【請求項４】
前記超音波検出器の出力により、前記反射板が前記定在波を励振するように、前記反射板の位置を制御する反射板位置制御機構を更に備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の超音波乾燥装置。
【請求項５】
前記超音波検出器の出力を、更に、前記反射板位置制御機構に帰還して、前記最適霧化位置に前記被処理基板を移動させることを特徴とする請求項４に記載の超音波乾燥装置。
【請求項６】
前記超音波検出器の出力を、前記反射板位置制御機構及び前記反射板位置制御機構にそれぞれ帰還して、前記被処理基板と前記反射板を同時に移動させることを特徴とする請求項２又は３に記載の超音波乾燥装置。
【請求項７】
凹部を有する被処理基板を、液体でウェット洗浄する洗浄工程と、
該洗浄工程の後、超音波を発生する超音波振動子、該超音波振動子を駆動制御する振動子駆動制御装置、前記超音波を反射し、空気中に前記超音波の定在波を励振させる反射板を有する超音波乾燥装置を用い、前記超音波振動子と前記反射板の間の前記定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に前記被処理基板を移動させる工程と、
前記最適霧化位置において、前記被処理基板の凹部に溜まった液体を前記超音波によって霧化して除去する工程
とを含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項８】
前記霧化して除去する工程において、前記反射板に設けられた超音波検出器によって、前記超音波を検出し、前記超音波検出器の出力を前記振動子駆動制御装置に帰還することにより、前記超音波振動子の出力を制御することを特徴とする請求項７に記載の基板処理方法。
【請求項９】
前記霧化して除去する工程において、前記超音波検出器の出力を帰還制御して、前記反射板が前記定在波を励振するように、前記反射板の位置を調整することを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
【請求項１０】
前記霧化して除去する工程において、更に、前記超音波検出器の出力を帰還制御して、前記最適霧化位置に前記被処理基板を移動させることを特徴とする請求項９に記載の基板処理方法。
【請求項１１】
前記霧化して除去する工程において、前記超音波検出器の出力を帰還制御して、前記被処理基板と前記反射板を同時に移動させることを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
【請求項１】
超音波を発生する超音波振動子と、
該超音波振動子を駆動制御する振動子駆動制御装置と、
前記超音波を反射し、空気中に前記超音波の定在波を励振させる反射板と、
前記定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に被処理基板を移動させる基板位置制御機構
とを備え、前記最適霧化位置において前記被処理基板の凹部に溜まった液体を霧化して除去することを特徴とする超音波乾燥装置。
【請求項２】
前記反射板に設けられ、前記超音波を検出する超音波検出器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波乾燥装置。
【請求項３】
前記超音波検出器の出力が、前記振動子駆動制御装置に帰還され、前記超音波振動子の出力が制御されることを特徴とする請求項２に記載の超音波乾燥装置。
【請求項４】
前記超音波検出器の出力により、前記反射板が前記定在波を励振するように、前記反射板の位置を制御する反射板位置制御機構を更に備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の超音波乾燥装置。
【請求項５】
前記超音波検出器の出力を、更に、前記反射板位置制御機構に帰還して、前記最適霧化位置に前記被処理基板を移動させることを特徴とする請求項４に記載の超音波乾燥装置。
【請求項６】
前記超音波検出器の出力を、前記反射板位置制御機構及び前記反射板位置制御機構にそれぞれ帰還して、前記被処理基板と前記反射板を同時に移動させることを特徴とする請求項２又は３に記載の超音波乾燥装置。
【請求項７】
凹部を有する被処理基板を、液体でウェット洗浄する洗浄工程と、
該洗浄工程の後、超音波を発生する超音波振動子、該超音波振動子を駆動制御する振動子駆動制御装置、前記超音波を反射し、空気中に前記超音波の定在波を励振させる反射板を有する超音波乾燥装置を用い、前記超音波振動子と前記反射板の間の前記定在波の節の位置の近傍の最適霧化位置に前記被処理基板を移動させる工程と、
前記最適霧化位置において、前記被処理基板の凹部に溜まった液体を前記超音波によって霧化して除去する工程
とを含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項８】
前記霧化して除去する工程において、前記反射板に設けられた超音波検出器によって、前記超音波を検出し、前記超音波検出器の出力を前記振動子駆動制御装置に帰還することにより、前記超音波振動子の出力を制御することを特徴とする請求項７に記載の基板処理方法。
【請求項９】
前記霧化して除去する工程において、前記超音波検出器の出力を帰還制御して、前記反射板が前記定在波を励振するように、前記反射板の位置を調整することを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
【請求項１０】
前記霧化して除去する工程において、更に、前記超音波検出器の出力を帰還制御して、前記最適霧化位置に前記被処理基板を移動させることを特徴とする請求項９に記載の基板処理方法。
【請求項１１】
前記霧化して除去する工程において、前記超音波検出器の出力を帰還制御して、前記被処理基板と前記反射板を同時に移動させることを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−５７８４２（Ｐ２０１２−５７８４２Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９９９２３（Ｐ２０１０−１９９９２３）
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（５０４１９０５４８）国立大学法人埼玉大学 (292)
【出願人】（３９１０５２６２２）株式会社都ローラー工業 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（５０４１９０５４８）国立大学法人埼玉大学 (292)
【出願人】（３９１０５２６２２）株式会社都ローラー工業 (19)
【Ｆターム（参考）】
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