電化學拋光液金屬離子的回收裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及制造業回收及再利用領域，尤其涉及到半導體電化學拋光領域的金屬離子回收系統。
【背景技術】
[0002]低碳環保，重復回收及再利用是時下的熱點，也是高層次的技術追求。作為21世紀智慧集成度最高的創新行業之一，半導體行業內的從業人員也為此付出著不懈的努力。
[0003]具體到半導體電化學拋光，該工藝階段將利用磷酸等混合有其他成分的拋光液對半導體晶片表面的金屬層進行拋光，該過程需要由泵將拋光液持續的打在晶片表面，通過拋光液與金屬表面接觸通電電解，通常是銅，電解拋光出平整表面。而與銅反應過后的拋光液中必然會存在大量的銅離子，這樣的溶液如果不進行處理加以回收利用，不僅會造成嚴重的污染，在經濟上也不合算。
[0004]對金屬離子的回收，比較傳統的做法是利用電解原理使金屬離子在陰極得電子轉變為金屬單質析出。如圖1中所示，該方法所使用的裝置包括盛放有溶液105的液槽101，直流電源104以及分別連接直流電源104正、負兩極的陽極板102和陰極板103。這一方法雖然可行，但技術人員在操作時往往考慮的很不周全，忽略了許多可能影響后續工藝良率的因素。例如，在電解過程中，由于溶液濃度和反映速率的原因，會造成溶液濃度的局部分布不均勻，位于陰極板103附近的金屬離子濃度消耗過快，濃度下降，而陽極板102附近區域的金屬離子并不一定會及時地補充到陰極區域，造成電解不完全。
[0005]又比如，金屬單質析出后在陰極表面以及陰極周圍的溶液中會存在大量金屬單質的物質顆粒，構成金屬單質的顆粒物106以及沉積物107。這些顆粒物106及沉積物107雖然難以被肉眼所察覺，但在反應結束取出電極時，會擴散或滯留在溶液105當中，污染電解液。這一點對加工要求極高的半導體行業來說，尤為致命。因為如果溶液105是拋光液，在經過回收工藝處理后，拋光液通常會重復利用繼續送回拋光機臺去研磨其他晶片，而含有這些銅單質顆粒物及沉積物的不純凈的拋光液，會將金屬銅帶入到晶圓表面，將來會造成晶片的局部區域非正常短路，導致晶片的報廢。
[0006]上述兩個問題直接影響到電化學拋光的工藝良率。
【發明內容】
[0007]本發明的申請人針對上述技術問題進行了積極地探索和嘗試，最終給出了可行的技術方案，成功設計了一種金屬離子的回收裝置，利用循環泵和液位差解決了離子濃度的平衡問題，并充分考慮了銅單質雜質物的濾除機制，從而大幅度提升了電化學拋光工藝的可行性和優越性。
[0008]為了達到上述目的，本發明的技術方案可以昭示為:
[0009]一種金屬離子的回收裝置，包括液槽和直流電源，所述液槽分為溢流池和電解池，所述溢流池和電解池通過疏通管道相連通，所述溢流池與所述電解池之間設置有循環泵，該循環泵泵浦所述液槽內的溶液循環流動；所述電解池內插入與所述直流電源相連通的陽極板和陰極板，所述陽極板和所述陰極板分別連接至所述直流電源的正極和負極，所述直流電源供電后在所述陰極板處發生固態物質的析出反應；所述電解池內設置有回收濾袋，所述回收濾袋允許所述溶液及溶液中所含的離子自由通過，而阻擋所述固態物質的通過，所述固態物質被過濾并留滯于所述回收濾袋內。
[0010]進一步地，所述回收濾袋遮罩所述陽極板和陰極板，或僅遮罩所述陰極板的至少部分外表面。
[0011]優選地，所述回收濾袋內具有支撐網架，所述回收濾袋被所述支撐網架撐開。
[0012]進一步地，所述固態物質包括懸浮于溶液中的金屬單質的顆粒物以及附著于所述陰極板表面的金屬單質的沉積物。
[0013]進一步地，所述回收濾袋的開口位置處設置有束口器，所述束口器與所述回收濾袋連為一體，所述束口器能夠自應力地張開或收緊，所述束口器在收緊時能將所述開口封閉并將所述回收濾袋的位置限制固定。
[0014]優選地，所述束口器為平滑且耐腐蝕的彈性夾片。
[0015]進一步地，所述回收濾袋在使用時開口向上，以允許來自所述直流電源的正極和負極的導線分別通過所述回收濾袋的開口連接至所述陽極板和所述陰極板，其中所述陽極板和所述陰極板與所述液槽是可分離的。
[0016]進一步地，所述陰極板固定于所述液槽上，所述直流電源的負極從所述液槽的外部穿過所述液槽的槽壁后電性連接至所述陰極板。
[0017]優選地，所述回收濾袋由耐酸材料制成。
[0018]進一步地，所述溢流池與所述電解池之間形成有液位差，其中所述循環泵通過疏通管道將溶液由液位較低的池泵入至液位較高的池中，并使得所述溶液由液位較高的池溢出至液位較低的池中，所述液槽內的溶液在所述溢流池和所述電解池之間往復循環。
[0019]本發明所提出的金屬離子的回收裝置，不僅能夠使溶液中的金屬離子充分地得到還原，還進一步的保證了溶液的純凈度，對工業回收尤其是半導體工業中的金屬離子回收大有裨益。
【附圖說明】
[0020]圖1是使用現有技術回收金屬離子時產生污染溶液的沉積物及顆粒物的示意圖；
[0021]圖2是本發明所述回收裝置第一實施例的結構示意圖；
[0022]圖3是本發明所述回收裝置第二實施例的結構示意圖；
[0023]圖4是本發明所述回收裝置第三實施例的結構示意圖；
[0024]圖5是本發明所述回收裝置第四實施例的結構示意圖。
具體實施例
[0025]下面將就本發明所提及的技術方案作出具體的示范性演示，以使閱讀者周悉蘊含于該發明中的奧義之純粹:
[0026]對比附圖1中所示的現有回收裝置及系統，可以發現本發明的第一實施例(圖2所示)與之迥異:該實施例所示的回收裝置包括液槽201和直流電源210，其中液槽201又進一步包括緊貼在一起的、一低一高的溢流池202和電解池203兩個池子。從圖2所示的實施例中可以看出，電解池203高于溢流池202。在電解池203和溢流池202之間設置有一臺循環泵209，并由一條疏通管道208貫通，兩個池子之間能夠通過這條疏通管道208進行液體交換。由于本發明的發明人主要浸淫于半導體行業，所以在具體實施例中傾向于以電化學拋光工藝舉例。利用該回收裝置對電化學拋光后的溶液進行回收處理時，該裝置的電解池203通常會被灌滿待處理的溶液，也即拋光液205 ;同時，在溢流池202中也將盛有一定量的拋光液205，不過溢流池202中拋光液的液位高度低于電解池203的高度。由于電解池203的高度要高于溢流池202，當拋光液205已經灌滿電解池203后，如果繼續有拋光液205涌入，那么由于重力勢能的作用，電解池203中的拋光液205會自然地溢出并流入到溢流池202中。與此同時，由于循環泵209的持續泵浦，液位較低溢流池202中的拋光液205也能夠通過疏通管道208源源不斷地被泵入到電解池203中，從而使整個液槽201內的拋光液205處于一個持續循環的動態平衡狀態，充分的被電解處理。
[0027]另一方面，在電化學拋光中，有必要對拋光液205中的金屬離子(例如Cu2+)進行回收，而回收過程利用的是電解原理，所以需要在電解池203中插入兩個與直流電源210相連的極板，其中與直流電源210的正極相連的極板為陽極板206，與之對應的，連接直流電源210負極的極板為陰極板207。在直流電源210接通后，電流的方向由正到負，也即電子由負極向正極方向運動，大量的電子將匯集在陰極板207處。而拋光液中的Cu2+氧化性較強，能夠捕獲位于陰極板207上的電子，通過反應在陰極板207上形成Cu單質析出。該反應可以用方程式表示為:Cu2++2e-==Cu。如果沒有溢流池202以及循環泵209的設計，由于拋光液205中靠近陰極板207周圍的Cu2+持續地被還原并析出，而位于拋光液205其他區域的Cu2+的擴散行為是無規則的，并不一定會第一時間填補過來，所以在電解進行到一定時間后，拋光液205中的Cu2+的濃度會出現陰極板207附近低、陽極板206附近高的不均勻現象，且陰極板207周圍的Cu2+也會由于濃度過低而不再發生反應，造成拋光液205的回收不完全。而本發明通過溢流池202和循環泵209的設計，使拋光液205在液槽201中始終處于一種往復循環的動態平衡之中，拋光液205中的Cu2+能夠自由的循環移動，所以能夠保證拋光液205在整個回收過程中濃度保持均勻，從而充分并完全地回收拋光液205中的Cu'
[0028]在【背景技術】以及附圖1中，已經介紹電解過程中，生成的金屬單質，在該實施例中具體為Cu，部分會以微小的顆粒形態懸浮于拋光液205中，尤其是在陰極板207的周圍區域。另外，還有一部分Cu單質會以沉積物的形態貼附于陰極板207表面，在靜置狀態下，這些Cu單質的沉積物通常不會掉落于拋光液205中；但是在回收過程結束后，需要取出電極，這時由于外力的作用，很有可能使部分Cu單質的沉積物跌落入拋光液205對其造成污染。無論上述的Cu單質是顆粒物還是沉積物，也無論其是肉眼可見的或不可見的，這些雜質成分如果在回收處理結束后還存在于拋光液205中，并用這樣的拋光液205再去拋光晶圓，這些雜質銅就很有可能會貼附于晶圓表面，在使用時造成晶圓的部分區域非正常導通并短路，導致晶圓報廢。由此可見不擴散地回收Cu的重要性。
[0029]為了解決這一問題，本發明特別為實施例中的回收裝置設計有若干款回收濾袋。如在該第一實施例中，如圖2所示，整個電解池203被一個敞口的回收濾袋204所套住，即回收濾袋204罩設在陽極板206、陰極板207以及電解池203中的拋光液205之上。該回收濾袋204具有一個開口 211，陰極板207和陽極板206由此套入。回收濾袋204具有選擇過濾性，能夠允許拋光液205以及溶解于拋光液205中的各種離子自由的通過，但會將反應生成的Cu單質阻擋在回收濾袋204之內，使其不會擴散至回收濾袋204以外的區域。因為反應生成的Cu單質尤其是其顆粒物，雖然會很小，甚至肉眼無法看到，但其仍然是以固相的物質形態存在于溶液中的，顆粒的半徑大于回收濾袋204的孔隙，所以不能通過。
[0030]在使用回收濾袋204時，只需將陰極板207和陽極板206放入回收濾袋204，再將回收濾袋204放入電解池203并灌入拋光液205即可。該回收濾袋204的開口 211向上，取出也很方便，提出回收濾袋204，即可將兩個極板以及袋內回收到的Cu單質一并帶走。而且，開口 211向上時，不需要在回收濾袋204上留專門的通孔以使導線通過，導線可以經由開口 211直接與兩個電極相連。