專利名稱：用于再生離子交換劑的方法與設(shè)備以及電解處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于再生離子交換劑的方法與設(shè)備，更特別地講，涉及這樣一種用于再生這樣離子交換劑的方法與設(shè)備該方法與設(shè)備在用來處理一塊片基(譬如一塊半導(dǎo)體晶片)表面的導(dǎo)電材料或者除去附著在該片基表面的雜質(zhì)的電解處理中，能夠用電化學(xué)方法除去該電解過程中使用的離子交換劑內(nèi)所吸收的金屬或其他離子，從而再生該離子交換劑。
本發(fā)明也涉及電解處理裝置及方法，提供用來再生離子交換劑的設(shè)備，并可用于處理一塊片基(譬如一塊半導(dǎo)體晶片)表面的導(dǎo)電材料或者除去附著在該片基表面的雜質(zhì)，而且本發(fā)明也涉及一種用于這種電解處理的方法。
背景技術(shù)：
近年來，不再使用鋁或鋁合金來作為在一塊片基(譬如一塊半導(dǎo)體晶片)的表面形成互聯(lián)電路的一種材料，代之而起的是，出現(xiàn)了一種采用具有低電阻系數(shù)及高電遷移電阻的銅(Cu)的明顯傾向。銅制的相互連線通常通過將銅充填到一塊片基表面的細(xì)微凹陷來形成。存在各種人所熟知的、形成這種銅制相互連線的技術(shù)，包括CVD、噴涂以及電鍍。根據(jù)任何一種這樣的技術(shù)，都是在一塊片基的幾乎整個表面上形成一層銅膜，然后通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來除去不需要的銅。
圖1A至圖1C按照處理步驟的順序演示了形成這樣一塊具有銅制相互連線的片基W的一個示例。如圖1A所示，一層絕緣膜2(譬如一層SiO2氧化硅膜或者一層低k材料膜)被沉積到在一個半導(dǎo)體基片1上形成的、要在其中形成電子器件的一個半導(dǎo)體層1a上。在絕緣膜2上采用平板印刷/刻蝕技術(shù)形成了用于相互連接的一個接觸孔3與一個溝槽4。此后，在整個表面形成一個由TaN或類似材料構(gòu)成的阻擋層5，并且在阻擋層5上形成了一個籽晶層7來作為用于電鍍的一個供電層。
然后，如圖1B所示，在片基W的表面進(jìn)行鍍銅以便用銅充填接觸孔3與溝槽4，同時，在絕緣膜2上沉積一層銅膜6。此后，通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去絕緣膜2上的銅膜6與阻擋層5，以便使用作相互連線的、充填到接觸孔3與溝槽4的銅膜6的表面與絕緣膜2的表面基本上處于同一個平面。于是，就形成了圖1C所示的、由銅膜6構(gòu)成的相互連接。
各類設(shè)備中的部件近來都變得更加精細(xì)，并要求更高的精度。隨著亞微制造技術(shù)的普遍使用，材料的性質(zhì)受到處理方法的極大影響。在這些情況下，在這種利用工具、采用物理方法來從工件的表面毀壞并除去它的希望部分的傳統(tǒng)制造方法中，可能產(chǎn)生大量使該工件性質(zhì)惡化的缺陷。所以，進(jìn)行不引起材料性質(zhì)惡化的處理就變得非常重要。
為了解決這一問題，已經(jīng)開發(fā)了一些處理方法，譬如化學(xué)拋光、電解處理以及電解拋光。與傳統(tǒng)物理處理不同的是，這些方法通過化學(xué)溶解反應(yīng)來進(jìn)行除去處理或類似處理。所以，這些方法不會由于塑性變形而產(chǎn)生缺陷(譬如形成一個損傷層或斷層)，故而能夠進(jìn)行處理而不引起這些材料的性質(zhì)惡化。
已經(jīng)研制了一種提供離子交換劑的處理方法來作為電解處理方法。圖2演示了這種電解處理方法的原理。圖2表示這樣的離子狀態(tài)安放在一個處理電極14上的離子交換劑12a與安放在一個供電(feeding)電極16上的離子交換劑12b被帶動得與一個工件10接觸或靠近，同時，一個電壓經(jīng)由一個電源17被加到處理電極14與供電電極16之間，液體(譬如超純水)則由一個液體供應(yīng)組件19供應(yīng)到處理電極14、供電電極16與工件10之間。在這種電解處理情況下，液體18(譬如超純水)中的水分子20通過使用離子交換劑12a、12b而被有效地離解為羥離子22與氫離子24。舉例來說，如此產(chǎn)生的羥離子22由工件10與處理電極14之間的電場以及液體18的流動而被運載到與處理電極14相對的工件10的表面，從而工件10附近的羥離子22的密度增加，而且羥離子22與工件10的原子10a發(fā)生反應(yīng)。這個反應(yīng)所產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物26在液體18中被溶解，并依靠液體18沿工件10表面的流動而被從工件10上除去。于是，就實現(xiàn)了工件10表面的除去處理。
在利用陽離子交換劑(譬如說具有陽離子交換組的陽離子交換劑)來實現(xiàn)——譬如說——銅的電解處理時，銅就被該陽離子交換組俘獲。由銅引起的該陽離子交換組的消耗過程使它無法繼續(xù)進(jìn)行該電解處理。另一方面，當(dāng)銅的電解處理采用具有陰離子交換組的陰離子交換劑作為離子交換劑來實現(xiàn)時，就產(chǎn)生氧化銅的細(xì)微顆粒，而且這些顆粒會附著到該離子交換劑(陰離子交換劑)的表面。該離子交換劑上的這些顆粒能夠污染要被處理的下一塊片基的表面。
所以，為了克服上述缺點，要考慮再生被如此消耗或污染的離子交換劑。離子交換劑的再生在一種陽離子交換劑情況下通過用該離子交換劑俘獲的離子來交換氫離子而實現(xiàn)，在一種陰離子交換劑情況下則通過交換羥離子而實現(xiàn)。
采用離子交換劑的離子交換過程被廣泛應(yīng)用于各種目的，譬如凈化、分離與濃縮。按照常規(guī)，離子交換劑的再生在該交換劑為陽離子交換劑時是將該離子交換劑浸泡在酸溶液中，而在該交換劑為陰離子交換劑時則浸泡到堿溶液中。在陽離子交換劑已經(jīng)俘獲了離子，而該離子的選擇系數(shù)接近氫離子的情況下(譬如俘獲的是納離子)，那么將該離子交換劑浸泡到酸溶液中，就可以在一個很短的時間內(nèi)被再生。不過，如果離子交換劑俘獲了具有一個高離子選擇系數(shù)的離子，那么將它浸泡在酸或堿溶液中進(jìn)行再生時，該再生速率非常低。此外，這樣一種化學(xué)液體將以高的濃度殘留在該已再生的離子交換劑中，所以需要清洗該離子交換劑。另外，還需要處理該再生過程中所使用的化學(xué)液體。
從具有表面光滑性與柔性的角度來看，要和工件接觸的離子交換劑通常應(yīng)具有一種薄膜形狀。相應(yīng)地，作為處理量的一個尺度的離子交換能力通常也很小。所以，一直采取的方法是在一種薄膜形離子交換劑與一個電極之間將具有高離子交換能力的離子交換劑制造成薄片，以使得大多數(shù)處理產(chǎn)物可以被吸收到該薄片部件(薄片離子交換劑)之中。即使采用這樣一種薄片離子交換劑，當(dāng)該處理進(jìn)展到一定程度時，該薄片部件也就不再能夠吸收任何處理產(chǎn)物。所以，該離子交換劑的更換或再生是必須的。該離子交換劑的更換通常手工進(jìn)行，所以，該交換操作需要一個相當(dāng)長的時間。當(dāng)進(jìn)行該離子交換劑的再生時，在由該傳統(tǒng)方法進(jìn)行的離子交換劑的再生運行過程中，處理必須被停止，這反過來又會影響該裝置的出力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已經(jīng)考慮到該背景技術(shù)中的上述情況。所以，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于再生離子交換劑的方法與設(shè)備，能方便、快速地再生離子交換劑，而且能夠使清洗該已再生的離子交換劑以及處理廢液時的負(fù)荷最小。
本發(fā)明還有一個目的是提供電解處理裝置與方法，能夠方便、快速地再生離子交換劑而不停止處理、能夠使清洗該已再生的離子交換劑時的負(fù)荷最小、而且能夠減少安裝空間。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于對電解處理中所用的離子交換劑進(jìn)行再生的方法，包括提供一對電極以及安排在這些電極之間的、要被再生的離子交換劑；而且將一個電壓加到這些電極之間，并同時將液體供應(yīng)到它們之間，從而再生該離子交換劑。
根據(jù)這種方法，通過利用該離子交換劑作為一種固態(tài)電解質(zhì)而產(chǎn)生的一種離子交換反應(yīng)，已經(jīng)被吸收到該離子交換劑中的離子會沿一個方向移動，從而使離子聚集到一個電極的附近，而且如此聚集的離子依靠這些電極之間供應(yīng)的液體的流動而被從該離子交換劑中除去，從而該離子交換劑能夠得以再生。
圖3表示當(dāng)離子交換劑為一種陽離子交換劑時，根據(jù)本發(fā)明的離子交換劑的再生原理。在陽離子交換劑的情況下，只有陽離子能夠在該陽離子交換劑內(nèi)電氣移動或遷移。如圖3所示，作為要被再生的一種離子交換劑的陽離子交換劑30a被放置在由一個陽極32與一個陰極34構(gòu)成的一對電極之間。在從一個液體供應(yīng)組件36向陽極32與陰極34之間供應(yīng)液體的同時，一個電壓由一個再生電源38加到這些電極之間。在處理該材料的過程中已經(jīng)被吸收到該陽離子交換劑(要被再生的離子交換劑)的、屬于要被處理的材料的已溶解離子M+以及來源于該要被處理的材料并沉積到該處理電極表面的、固態(tài)產(chǎn)物的離子M+就從陽極32這一側(cè)向陰極34這一側(cè)移動。如此聚集到陰極34這一側(cè)的離子通過電鍍沉淀到陰極34上，但是，一部分離子則依靠液體的流動而被從該陽離子交換劑(要被再生的離子交換劑)中除去。
在陰離子交換劑的情況下，只有陰離子能夠在該陰離子交換劑內(nèi)電氣移動。于是，在陰離子交換劑的再生過程中，該陰離子交換劑中的陰離子能夠聚集到該陽極這一側(cè)，并且通過與上述相同的運行方式被除去。
該液體最好是超純水、純水、具有不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體或者是電解液。
超純水通常是具有不高于0.1μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的一種水(這里指25℃、1atm下的導(dǎo)電系數(shù))。純水通常是具有不高于10μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的一種水。在電解處理中使用純水能夠進(jìn)行一種清潔的處理而不在工件的被處理表面留下雜質(zhì)，從而可以簡化掉該電解處理之后的一個清洗步驟。具體地講，在該電解處理之后只要作一步或兩步清洗就足夠了。
也可以使用在純水或超純水中添加添加劑(譬如表面活性劑)所得到的、具有不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體，最好是不高于50μS/cm，更好的是不高于0.1μS/cm(不低于10MΩ·cm的電阻系數(shù))。允許工件與離子交換劑之間存在該添加劑可以防止反應(yīng)物離子的局部集中，這些添加劑就起防止離子(譬如氫離子)局部集中的作用。
中性鹽(譬如NaCl或Na2SO4)的一種水成溶液、酸(譬如HCl或H2SO4)或者堿(譬如氨水)都可以被用來作為該電解液，而且可以根據(jù)工件的性質(zhì)來適當(dāng)加以選擇。
通常希望供再生的離子交換劑被放置在該要被再生的離子交換劑和這些電極中的至少一個電極之間。這樣可以防止在該要被再生的離子交換劑內(nèi)沿一個方向流動的離子附著到該電極，從而防止固態(tài)物質(zhì)附著到該電極而污染該已再生的離子交換劑。
供再生的離子交換劑最好采用與要被再生的離子交換劑的離子交換組具有相同極性的離子交換組。這樣可以使離子從一種離子交換劑移動到另一種離子交換劑。
當(dāng)要被再生的離子交換劑與供再生的離子交換劑是陽離子交換劑時，放置在該要被再生的離子交換劑這一側(cè)的電極可以是一個陽極，當(dāng)兩種交換劑都是陰離子交換劑時，則可以是一個陰極。
當(dāng)對采用一個陽離子交換組來作為一個離子交換組的陽離子交換劑進(jìn)行再生時，該陽離子交換劑(要被再生的離子交換劑)被放置在該對電極的陽極這一側(cè)，而供再生的離子交換劑則被放置在該陰極這一側(cè)。于是，如圖4所示，要被再生的陽離子交換劑30a與供再生的陽離子交換劑40被插在由陽極32與陰極34構(gòu)成的該對電極之間，以使得陽極32在陽離子交換劑(要被再生的離子交換劑)這一側(cè)。在將液體從液體供應(yīng)組件36供應(yīng)到陽極32與陰極34之間的同時，從再生電源38施加一個電壓。該陽離子交換劑(要被再生的離子交換劑)30a中的離子M+就移動到供再生的離子交換劑40這一側(cè)。于是，陽離子交換劑30a就得以再生。
從另一方面講，當(dāng)對采用一個陰離子交換組來作為一個離子交換組的陰離子交換劑進(jìn)行再生時，該陰離子交換劑(要被再生的離子交換劑)被放置在該對電極的陰極這一側(cè)，而供再生的離子交換劑則被放置在該陽極這一側(cè)。于是，如圖5所示，要被再生的陰離子交換劑30b與供再生的陽離子交換劑40被插在由陽極32與陰極34構(gòu)成的該對電極之間，使得陰極34在該陰離子交換劑(要被再生的離子交換劑)30b這一側(cè)。在將液體從液體供應(yīng)組件36供應(yīng)到陽極32與陰極34之間的同時，從再生電源38施加一個電壓。陰離子交換劑(要被再生的離子交換劑)30b中的離子X-就移動到供再生的離子交換劑40這一側(cè)。于是，陰離子交換劑30b就得以再生。
本發(fā)明提供了用于對被放置在一個電極上以供電解處理之用的離子交換劑進(jìn)行再生的一個設(shè)備，包括一個包含再生電極的再生組件；一個用于在該電極與該再生電極之間施加電壓的再生電源；以及一個將液體供應(yīng)到該電極與該再生電極之間的液體供應(yīng)組件；其中，該要被再生的離子交換劑被放置在該電極與該再生電極之間。
根據(jù)該設(shè)備，要被再生的離子交換劑被放置在該電極板與該再生電極之間，一個電壓被施加到該電極板與該再生電極之間，并同時將液體供應(yīng)到它們之間，從而該離子交換劑能夠得以再生。
最好，供再生的離子交換劑被放置在該要被再生的離子交換劑與該再生電極之間。
使該要被再生的離子交換劑與該供再生的離子交換劑如此面對面放置，就能在該電極板與該再生電極之間供應(yīng)液體并施加一個電壓，以便再生所說的前一種離子交換劑。
最好，該要被再生的離子交換劑與該供再生的離子交換劑中至少有一種是由多種離子交換材料構(gòu)成的一塊薄片。
當(dāng)該要被再生的離子交換劑是由多種離子交換材料構(gòu)成的一塊薄片時，這多種離子交換材料(要被再生的離子交換劑)就能夠被同時再生。當(dāng)該供再生的離子交換劑是由多種離子交換材料構(gòu)成的一塊薄片時，該供再生的離子交換劑的實際離子交換劑能力就會增加，而且更多的離子交換劑(要被再生的離子交換劑)就能夠被連續(xù)不斷地再生。
可以提供一臺監(jiān)視器來監(jiān)視當(dāng)該電壓被施加到該電極與該再生電極之間時的電解電流與時間，以及/或者電量。
離子交換劑的再生量由該電解電流與該電解時間的乘積(即電量)來決定。故而，通過利用該監(jiān)視器來監(jiān)視該電解電流與時間以及/或者該電量中的至少一項，就能夠控制該再生量并測定再生的結(jié)束時刻。
本發(fā)明提供了另一種用于對被污染離子交換劑進(jìn)行再生的方法，該方法包括提供一個再生電極與一個反電極、一個被放置在該再生電極與該反電極之間的隔板以及被放置在該反電極與該隔板之間的要被再生的離子交換劑；以及將一個電壓施加到該再生電極與該反電極之間，與此同時，將液體供應(yīng)到該隔板與該再生電極之間，而且也將液體供應(yīng)到該隔板與該反電極之間。
根據(jù)這種方法，通過利用該離子交換劑作為一種固態(tài)電解質(zhì)而產(chǎn)生的一種離子交換反應(yīng)，被該離子交換劑吸收的離子朝向該再生電極移動并穿過該隔板，而且已經(jīng)穿過該隔板的離子依靠該隔板與該再生電極之間供應(yīng)的液體的流動而被排出該系統(tǒng)，從而該離子交換劑能夠得以再生。
該隔板最好由離子交換劑構(gòu)成。希望該隔板不會阻礙來自該要被再生的離子交換劑的雜質(zhì)離子的穿透遷移，也不會阻止在該隔板與該再生電極之間流過的液體(包括該液體種的離子)滲透穿到該要被再生的離子交換劑這一側(cè)。在這一方面，離子交換劑允許陽離子或陰離子的選擇性滲透穿越?？梢赃x擇一種合適的離子交換劑來作為一個隔板。另外，作為一個隔板的一種薄膜型的離子交換劑能夠防止該隔板與該再生電極之間流過的液體侵入該要被再生的離子交換劑這一側(cè)。于是，適當(dāng)選擇的一種薄膜型離子交換劑就能夠滿足對該隔板的上述要求。
在一個優(yōu)選實施例中，當(dāng)該要被再生的離子交換劑為陽離子交換劑時，該隔板可以是一種陽離子交換劑，而當(dāng)該要被再生的離子交換劑為陰離子交換劑時，就可以是一種陰離子交換劑。根據(jù)這個實施例，該隔板(離子交換劑)有一個與該要被再生的離子交換劑的離子交換組具有相同極性的離子交換組。這樣的一個隔板能夠只允許那些來自該要被再生的離子交換劑的離子滲透，并防止該隔板與該再生電極之間流過的液體中的離子遷移到該要被再生的離子交換劑這一側(cè)。
當(dāng)該要被再生的離子交換劑為陽離子交換劑時，該再生電極可以是一個陰極，而當(dāng)該要被再生的離子交換劑為陰離子交換劑時，則可以是一個陽極。
在陽離子交換劑的情況下，只有陽離子能夠在該陽離子交換劑中電氣移動或遷移。當(dāng)對陽離子交換劑進(jìn)行再生時，如圖6所示，提供了一對由一個再生電極43與一個反電極44構(gòu)成的電極、一個放置在這些電極之間的隔板42以及一種放置在反電極44與該隔板42之間作為要被再生的離子交換劑的陽離子交換劑41。液體A被從一個第一液體供應(yīng)組件45供應(yīng)到隔板42與再生電極43之間，而液體B被從一個第二液體供應(yīng)組件46供應(yīng)到隔板42與反電極43之間，同時，一個電壓由一個再生電源47加到作為一個陰極的再生電極43與作為一個陽極的反電極44之間。該要被處理的材料的、在該材料的處理過程中已經(jīng)被吸收到陽離子交換劑(要被再生的離子交換劑)41中的已溶解離子M+就從反電極(陽極)44這一側(cè)向再生電極(陰極)43這一側(cè)移動，并穿過隔板42。已經(jīng)穿過隔板42的離子M+依靠在隔板42與再生電極43之間供應(yīng)的液體A的流動而被排出該系統(tǒng)。于是，陽離子交換劑41就得以再生。
從另一方面講，在陰離子交換劑的情況下，只有陰離子能夠在該陰離子交換劑中電氣移動或遷移。當(dāng)對陰離子交換劑進(jìn)行再生時，如圖7所示，提供了一對由一個再生電極43與一個反電極44構(gòu)成的電極、一個放置在這些電極之間的隔板42以及一種放置在反電極44與該隔板42之間作為要被再生的離子交換劑的陽離子交換劑41a。液體A被從一個第一液體供應(yīng)組件45供應(yīng)到隔板42與再生電極43之間，而液體B被從一個第二液體供應(yīng)組件46供應(yīng)到隔板42與反電極43之間，同時，一個電壓由一個再生電源47加到作為一個陽極的再生電極43與作為一個陰極的反電極44之間。陰離子交換劑(要被再生的離子交換劑)41a中的已溶解離子X-就從反電極(陰極)44這一側(cè)向再生電極(陽極)43這一側(cè)移動，并穿過隔板42。已經(jīng)穿過隔板42的離子X-依靠在隔板42與再生電極43之間供應(yīng)的液體A的流動而被排出該系統(tǒng)。于是，陰離子交換劑41a就得以再生。
該隔板與該反電極之間供應(yīng)的液體最好是超純水、純水或具有一個不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體。
該隔板與該再生電極之間供應(yīng)的液體最好是具有一個不低于50μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體，不會通過與從該要被再生的離子交換劑中除去的離子之間的反應(yīng)來形成一種難溶或不溶的化合物。
這樣一種具有一個不低于50μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體因為它的低電阻而能夠降低該再生系統(tǒng)中的功耗。此外，該液體不會通過與雜質(zhì)離子之間的反應(yīng)而形成一種不溶化合物(副產(chǎn)物)。在這一方面，如果形成了一種不溶化合物，就會附著到該隔板，從而該再生電極與該反電極之間的電阻就會改變，這樣就很難控制該電解電流。這一個問題能夠這樣來加以防止。可以根據(jù)要被排出的雜質(zhì)離子的種類來選擇合適的液體。舉例來說，當(dāng)對用于銅的電解拋光的離子交換劑進(jìn)行再生時，可以采用具有1％或更高重量濃度的硫磺酸。
本發(fā)明提供了另一個用于再生離子交換劑的設(shè)備，包括彼此相對放置的一個再生電極與一個反電極；放置在該再生電極與該反電極之間的一個隔板；用于在該再生電極與該反電極之間施加一個電壓的一個電源；以及用于在該隔板與該再生電極之間安以及/或者該隔板與該反電極之間供應(yīng)液體的一個液體供應(yīng)組件；其中，要被再生的離子交換劑被放置在該隔板與該反電極之間。
根據(jù)這個設(shè)備，要被再生的離子交換劑被放置在該再生電極對面，而該隔板則被插在它們之間，而且一個電壓被加到該再生電極與該反電極之間，與此同時，將液體供應(yīng)到該隔板與該再生電極之間，而且也將液體供應(yīng)到該隔板與該反電極之間，從而該離子交換劑能夠得以再生。
本發(fā)明提供了一種電解處理裝置，包括能夠靠近或接觸工件的一個處理電極；向該工件供電的一個供電電極；在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的一種離子交換劑；在該離子交換劑與該處理電極和該供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間所提供的一個再生組件；用于將一個電壓加到該處理電極與該供電電極之間的一個處理電源；以及用于將供電解處理的處理液體供應(yīng)到該工件與該處理電極和該供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間的一個處理液體供應(yīng)組件。
根據(jù)這個裝置，在從該供電電源向工件供電時，該處理電極被帶動得靠近或接觸該工件，而且用于電解處理的處理液體被供應(yīng)到該工件與該處理電極和該供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間，同時，一個處理電壓被加到該處理電極與該供電電極之間。按照上述運行方式，由該處理電極對該工件進(jìn)行的電解處理以及由該再生組件對該離子交換劑進(jìn)行的再生就能夠同時進(jìn)行。
該再生組件最好包括被放置得靠近或接觸該離子交換劑的一個隔板，在該隔板與該處理電極和該供電電極中的至少一個電極之間形成的一個排放部分，以及用于將排放液體供應(yīng)到該排放部分的、用來排放該離子交換劑中所含污染物的一個排放液體供應(yīng)組件。
根據(jù)該再生組件，通過利用該離子交換劑作為一種固態(tài)電解質(zhì)而產(chǎn)生的離子交換反應(yīng)，在電解處理過程中被吸收到該離子交換劑中的雜質(zhì)離子(譬如離子處理產(chǎn)物)就向該處理電極或該供電電極移動并穿過該隔板，而且這些已經(jīng)穿過該隔板的雜質(zhì)離子就依靠供應(yīng)到該排放部分的排放液體的流動而被排出該系統(tǒng)，從而該離子交換劑能夠被再生。
在陽離子交換劑的情況下，只有陽離子能夠在該陽離子交換劑中電氣移動或遷移。舉例來說，當(dāng)該處理電極被做成一個陰極時，就安裝陽離子交換劑(離子交換)，以使它可以覆蓋該處理電極的表面。如果想要再生該陽離子交換劑，就如圖8右側(cè)所示在陽離子交換劑230a與一個處理電極(陰極)232之間提供一個再生組件234a。從另一方面講，在陰離子交換劑的情況下，只有陰離子能夠在該陰離子交換劑中電氣移動或遷移。舉例來說，當(dāng)該供電電極被做成一個陽極時，就安裝陰離子交換劑(離子交換劑)，以使它可以覆蓋該供電電極的表面。如果想要再生該陰離子交換劑，就如圖8左側(cè)所示在陰離子交換劑230b與一個供電電極(陽極)235之間提供一個再生組件234b。
再生組件234a、234b各包括被放置得靠近或接觸該離子交換劑(陽離子交換劑230a或陰離子交換劑230b)的一個隔板238、該處理電極232或該供電電極236與隔板238之間形成的一個排放部分240、以及用于向排放部分240供應(yīng)排放液體A以便排放污染物的一個排放液體供應(yīng)組件242。當(dāng)一個工件(譬如一塊片基W)靠近或接觸該離子交換劑(陽離子交換劑230a與/或陰離子交換劑230b)時，用于排放污染物的排放A就從排放液體供應(yīng)組件242供應(yīng)到排放部分240，而用于電解處理的處理液體B則從一個電解處理液體供應(yīng)組件244供應(yīng)到隔板238與該離子交換劑(陽離子交換劑230a與/或陰離子交換劑230b)之間，同時，一個電壓從一個處理電源246被加到作為一個陰極的處理電極232與作為一個陽極的供電電極236之間，從而進(jìn)行電解處理。
在該電解處理過程中，在陽離子交換劑230a中，被吸收到該陽離子交換劑中的離子(譬如要被處理的材料的已溶解離子M+)就向處理電極(陰極)232移動并穿過隔板238。已經(jīng)穿過隔板238的離子M+依靠供應(yīng)到隔板238與處理電極232之間的排放液體A的流動而被排出該系統(tǒng)。于是，陽離子交換劑230a被再生。如果陽離子交換劑被用作隔板238，那么隔板(陽離子交換劑)238就能夠只允許來自陽離子交換劑230a的離子M+滲透。從另一方面講，在陰離子交換劑230b中，陰離子交換劑230b中的離子X-向供電電極(陽極)236移動并穿過隔板238。已經(jīng)穿過隔板238的離子X-依靠供應(yīng)到隔板238與供電電極236之間的排放液體A的流動而被排出該系統(tǒng)。于是，陰離子交換劑230得以再生。如果陰離子交換劑被用作隔板238，那么隔板(陰離子交換劑)238就能夠只允許來自陰離子交換劑230b的離子X-滲透。
在這個實施例中，盡管單獨一種液體A被用作排放污染物的液體，但也能夠根據(jù)從這些離子交換劑排放的雜質(zhì)離子的類型而采用若干不同的液體。
該排放液體最好是具有一個不低于50μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體，對在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的離子交換劑，該液體不會通過與從該離子交換劑中除去的離子產(chǎn)生的反應(yīng)而形成一種難溶或不溶的化合物。
本發(fā)明提供了另一種電解處理裝置，包括能夠被帶動得靠近或接觸工件的一個處理電極；用于向該工件供電的一個供電電極；在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的離子交換劑；一個再生組件，包括一個再生電極與用于讓排放液體流過的一個排放部分，該排放部分在該再生電極與該處理電極和該供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間形成；一個處理電源，被用于將一個處理電壓加到該處理電極與該供電電極之間；以及一個處理液體供應(yīng)組件，被用于將供電解處理的處理液體供應(yīng)到該工件與該處理電極和該供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間。
在圖9所示的情況中，如果想只利用電極248既作為一個處理電極、也作為一個再生電極來再生離子交換劑230a，特別是在離子交換劑230a很厚時這樣做，那么，在該處理過程中被該離子交換劑吸收的處理產(chǎn)物的數(shù)量可能很大，而且該處理可能會持續(xù)一段很長的時間。但是從另一方面講，該電場很可能由于該處理產(chǎn)物或雜質(zhì)的沉積、氣泡的聚集等等而變化。于是，離子交換劑230a的內(nèi)部微小部分的電阻就會變化，從而改變該電流值。這樣會影響離子遷移的效率，而且很難實現(xiàn)離子交換劑230a的均勻再生。為了消除這些缺點，可以如圖9所示獨立提供一個處理電極232，而且置于處理電極232之下的電極248可以被用作一個專供再生的電極(再生電極)。這樣會抑制電場的變化，而且能夠均勻除去離子交換劑230a內(nèi)聚集的離子處理產(chǎn)物(雜質(zhì)離子)等等。
更具體地講，在處理電極232上與離子交換劑(陽離子交換劑)230a相反的一側(cè)提供了一個再生組件234c，該組件包括再生電極248以及再生電極248與處理電極232之間形成的、供排放液體(液體A)流過的一個排放部分240a。一個再生電壓由一個再生電源249加到處理電極232與再生電極248之間，從而強(qiáng)使一個電流從其間通過。離子交換劑230a的再生能夠以這種方法實現(xiàn)。由于需要CC(恒流)或CV(恒壓)控制，所以一個處理電源通常很貴。從另一方面講，一個再生電源不需要這種控制，所以能夠采用一個較便宜的電極來作為再生電極249。
在一個優(yōu)選實施例中，該電解處理裝置還包括該離子交換劑與該處理電極和供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間以及/或者該再生電極與該處理電極和該供電電極之一之間的一個隔板。根據(jù)這個實施例，在該離子交換劑中吸收的離子處理產(chǎn)物(雜質(zhì)離子)等向該處理電極或該供電電極移動并穿過該隔板。已經(jīng)穿過該隔板的雜質(zhì)離子被供應(yīng)到該排放部分的排放液體吸收，并依靠該排放液體的流動而被排出該系統(tǒng)。于是，該離子交換劑能夠以連續(xù)的方式得以凈化(再生)。
該隔板最好在該處理電極和該供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極的兩側(cè)提供。舉例來說，在該處理電極的兩個表面可以提供兩個隔板。在這種情況下，即使當(dāng)這些隔板由于施加到工件的壓力、處理液體的壓力以及排放液體的壓力而承受壓差時，該隔板也能夠由于受該電極的支撐而被長期使用、且不會產(chǎn)生變形或斷裂。如果一個隔板由于原因而斷裂，另一個隔板也能夠防止該排放液體流出并進(jìn)入該處理液體這一側(cè)，所以能夠防止該排放液體(通常是電解液)接觸該工件。
最好，該處理電極和該供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極與該隔板接觸，而且被支撐并被固定在一個支撐裝置上。根據(jù)這個實施例，該隔板的定位與固定能夠通過在支撐物上支撐并固定該處理電極而被自動進(jìn)行。這樣就消除了為固定該隔板而單獨提供結(jié)構(gòu)的需要。
最好，該處理電極和該供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極具有供該排放液體或該處理液體流過的通孔。來自該離子交換劑的離子處理產(chǎn)物(雜質(zhì)離子)等穿過——譬如說——該處理電極中提供的通孔，并到達(dá)該排放部分。舉例來說，這樣一個通孔可以采用一個網(wǎng)眼電極來提供。
最好，該電解處理裝置還包括該工件與該處理電極和該供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間的一個中間電極。提供該中間電極就能夠按步進(jìn)方式改變該電位，而且也能夠使該電場均衡并穩(wěn)定。
該中間電極與該處理電極和該供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極最好被連接到一個中間電源。這樣可以按步進(jìn)方式來改變該電壓，而且也能夠使該電場均衡并穩(wěn)定。希望從該中間電源施加的電壓小于該總體電壓(供再生的電壓)。
該中間電極可以是不被連接到電源的一個浮動電極。即使一個浮動電極也能夠按步進(jìn)方式來改變該電壓并穩(wěn)定該電場。
最好，該中間電極具有一個用于讓該排放液體或該處理液體流過的通孔。來自該離子交換劑的離子處理產(chǎn)物(雜質(zhì)離子)等等穿過該中間電極中提供的(這些)通孔并到達(dá)該排放部分。這樣一種通孔可以——譬如說——采用網(wǎng)眼電極來提供。
該中間電極可以與離子交換劑或一個隔板一起被制成薄片。用這樣的方法增加該中間電極的數(shù)量，就能夠更均勻地按步進(jìn)方式改變該電位。
最好，該排放部分提供一個用于強(qiáng)制攪拌該排放部分中的排放液體的攪拌裝置。強(qiáng)制攪拌該排放部分中的排放液體能夠防止電解處理時聚集在該處理電極表面的氣泡(銅的除去處理中的氫氣泡)附著到該隔板及電極并在它們上面增大，從而能夠防止增大的氣泡對形成一個均勻電場構(gòu)成障礙。此外，該強(qiáng)制攪拌能夠降低要被排放的離子在該隔板附近的離子濃度，從而防止這些離子對該離子交換反應(yīng)構(gòu)成障礙。
最好，該電解處理裝置還包括一臺用于從該排放液體中除去氣泡的脫氣器。如上所述，氣泡在電解處理中生成。這樣就增加了已經(jīng)流入該排放部分并被排出該排放部分的排放液體中的溶解氣體的濃度。提供一臺從已經(jīng)流出該排放部分的排放液體中除去氣泡的脫氣器，就能夠重新利用該排放液體。舉例來說，可以使用一個脫氣薄膜型的脫氣室來作為該脫氣器，采用這種脫氣室的脫氣過程是這樣實現(xiàn)的一種要被處理的液體(排放液體)被引入一個液體不可滲透的空心纖維薄膜，降低該薄膜的外部壓力就會從該液體中除去氣泡。該排放液體可以按批處理方式或者按照循環(huán)方式被重新利用。
本發(fā)明提供了一種電解處理方法，包括提供一個處理電極、一個供電電極、在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的一種離子交換劑、以及在該離子交換劑與該處理電極和該供電電極中的至少一個電極之間形成的一個再生部件；允許該處理電極靠近或接觸該工件，同時從該供電電極向該工件供電；將處理液體供應(yīng)到該工件與該處理電極和該供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間；以及在該處理電極與該供電電極之間加一個處理電壓，從而同時進(jìn)行由該處理電極對該工件的電解處理以及由該再生組件對該離子交換劑的再生。
本發(fā)明還提供了另電解處理裝置，包括能夠靠近或接觸工件的一個處理電極；用于向該工件供電的一個供電電極；在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的離子交換劑；在該離子交換劑與該處理電極和該供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間形成的一個排放液體流動通道，被用于讓用來排放該離子交換劑中所含污染物的排放液體流過；用于將一個處理電壓加到該處理電極與該供電電極之間的一個處理電源；以及一個處理液體供應(yīng)部件，被用于將供電解處理的處理液體供應(yīng)到該工件與該處理電極和該供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間。
根據(jù)該電解處理裝置，作為被溶解離子(雜質(zhì)離子)的處理產(chǎn)物在電解處理的早期階段被該離子交換劑吸收，而當(dāng)該離子交換劑的離子交換能力達(dá)到它的極限時，該離子處理產(chǎn)物(雜質(zhì)離子)能夠被在該離子交換劑與該電極之間形成的排放液體流動通道中流過的排放液體所吸收，從而該離子交換劑能夠得以再生。這樣，該裝置就能夠消除或者至少減少該消耗組分的交換。
最好，在該排放液體流動通道中提供一個支撐裝置來支撐處于扁平狀態(tài)的離子交換劑。提供這樣一種支撐裝置就能夠使用具有薄膜形式的離子交換，并能夠使該離子交換劑與工件柔性接觸。為適應(yīng)工件的要被處理的表面由于該工件的尺寸、該工件與該離子交換劑之間的相對運動等引起的變化，必須有這種柔性。
該離子交換劑最好是由兩層或更多層構(gòu)成的多層薄片，這包括由薄膜型離子交換劑構(gòu)成一個前表面層以及由具有高離子交換能力的彈性離子交換劑構(gòu)成的一個中間或后表面層。盡管該表面層離子交換劑的離子交換能力可能很小，但這樣一種薄片由于存在該中間或后表面離子交換劑而能夠具有增加的總體離子交換能力。而且，由于這種彈性，該薄片就能夠防止該工件在電解處理中被施加額外壓力時遭到損壞。
最好，該電解處理裝置還包括用于對已經(jīng)流過該排放液體流動通道并流出該流動通道的排放液體進(jìn)行再生的一個排放液體再生組件。這樣能夠重新利用該排放液體，從而降低該裝置的運行成本。
該排放液體再生組件最好提供一個與要被再生的排放液體電氣隔離的液體再生電極。使用這樣一個液體再生電極能夠有效地再生該排放液體并同時防止短路。
最好，在連接該排放液體通道的入口與出口的循環(huán)管線上提供該排放液體再生組件，而且該循環(huán)管線提供一臺脫氣器。這樣就使該排放液體能夠在處理過程中進(jìn)行循環(huán)。
本發(fā)明還提供了另電解處理裝置，包括能夠靠近或接觸工件的一個處理電極；用于向該工件供電的一個供電電極；在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的離子交換劑；在該離子交換劑與該處理電極和該供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間形成的一個排放液體流動通道，被用于讓排放污染物的、包含一個離子交換組的排放液體流過；用于將一個處理電壓加到該處理電極與該供電電極之間的一個處理電源；以及一個處理液體供應(yīng)部件，被用于將供電解處理的處理液體供應(yīng)到該工件與該處理電極和該供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間。
包含一個離子交換組的排放液體的示例可以包括本身具有流動性的離子交換劑以及通過將具有高離子交換能力的離子交換劑研磨成粉并將該研磨后的產(chǎn)物與液體(譬如純水)混合所得的一種液體。
此外，本發(fā)明提供了另一種電解處理方法，包括提供一個處理電極、一個供電電極以及在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的一種離子交換劑；使該處理電極能夠靠近或接觸工件，同時從該供電電極向該工件供電；以及將一個處理電壓加到該處理電極與該供電電極之間，同時將包含一個用于排放污染物的離子交換組的排放液體供應(yīng)到在該離子交換劑與該處理電極和該供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間形成的一個排放液體流動通道，而且也將供電解處理的處理液體供應(yīng)到該工件與該處理電極和該供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間，從而進(jìn)行該工件的處理。
根據(jù)以示例方式并接合演示本發(fā)明的所附附圖而作的如下說明，本發(fā)明的上述以及其他目的、特性及優(yōu)點將會變得顯而易見。


圖1A至圖1C是按照處理步驟順序來說明形成銅制相互連線的一個示例的示意圖；圖2是表示利用離子交換劑進(jìn)行電解處理的原理的示意圖；圖3是表示通過將要被再生的離子交換劑放置在根據(jù)本發(fā)明的一對電極之間而進(jìn)行的該離子交換劑的再生的原理的示意圖；圖4是表示通過將要被再生的離子交換劑(陰離子交換劑)與供再生的離子交換劑放置在根據(jù)本發(fā)明的一對電極之間而進(jìn)行的該離子交換劑的再生的原理的示意圖；圖5是表示通過將要被再生的離子交換劑(陽離子交換劑)與供再生的離子交換劑放置在根據(jù)本發(fā)明的一對電極之間而進(jìn)行的該離子交換劑的再生的原理的示意圖；圖6是表示根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行的、陽離子交換劑的再生的原理的示意圖；圖7是表示根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行的、陰離子交換劑的再生的原理的示意圖；圖8是表示由根據(jù)本發(fā)明的一個離子再生設(shè)備所進(jìn)行的電解/再生的原理的示意圖；圖9是表示由根據(jù)本發(fā)明的另一個離子再生設(shè)備所進(jìn)行的電解/再生的原理的示意圖；圖10是電解處理裝置的剖面圖，該裝置提供了根據(jù)本發(fā)明實施例的一個離子交換劑再生設(shè)備，該圖表示該裝置在電解處理時的狀態(tài)；圖11是圖10的平面視圖；圖12是電解處理裝置的剖面圖，該裝置提供了根據(jù)本發(fā)明實施例的一個離子交換劑再生設(shè)備，該圖表示該裝置在再生離子交換劑時的狀態(tài)；圖13是圖12的平面視圖；圖14是表示提供圖10至圖13所示的電解處理裝置的一個片基處理裝置的布局的示意圖；圖15是電解處理裝置的剖面圖，該裝置提供了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的一個離子交換劑再生設(shè)備，其中實線表示電解處理時的裝置，而虛線表示再生時的裝置；圖16是圖15的平面視圖；圖17是電解處理裝置的主體部分的剖面圖，該裝置提供了根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的一個離子交換劑再生設(shè)備；圖18是電解處理裝置的剖面圖，該裝置提供了根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的一個離子交換劑再生設(shè)備，該圖表示該裝置在電解處理時的狀態(tài)；圖19是電解處理裝置的剖面圖，該裝置提供了根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的一個離子交換劑再生設(shè)備，該圖表示該裝置在對離子交換劑進(jìn)行再生時的狀態(tài)；圖20是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的電解處理裝置的剖面圖，表示該裝置在電解處理時的狀態(tài)；圖21是圖20所示的電解處理裝置的主體部分的放大視圖；圖22是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的電解處理裝置的剖面圖，表示該裝置在電解處理時的狀態(tài)；圖23是圖22所示的處理電極部件的放大視圖；圖24A與圖24B是表示其他處理電極部件的放大視圖；圖25是根據(jù)本發(fā)明的另一個再生組件的剖面圖；圖26是系統(tǒng)圖，表示提供圖25的再生組件的、排放液體的一個循環(huán)系統(tǒng)；圖27是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的電解處理裝置的平面圖；圖28是圖27的電解處理裝置的縱向剖面圖；
圖29A是圖27的電解處理裝置中提供的一個防旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的平面圖，而圖29B是沿圖29A的A-A線所取的剖面圖；圖30A是圖27與圖28的電解處理裝置的再生組件中離子交換劑的透視圖，圖30B是同一個再生組件中的一個電極(處理電極)的透視圖，而圖30C則是在該離子交換劑被安放在該電極上時該離子交換劑與該電極的透視圖；圖31是表示提供圖30A至30C的再生組件的、排放液體的一個分配系統(tǒng)的系統(tǒng)圖；圖32是表示提供圖30A至30C的再生組件的、排放液體的一個循環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)圖；圖33是具有根據(jù)本發(fā)明的又一個再生組件的一個電極組件的剖面圖；圖34是圖33的再生系統(tǒng)的主體部分的放大視圖；圖35是圖33與圖34所示的再生組件的一個變體的主體部分放大視圖；圖36是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的電解處理裝置的平面視圖；圖37是圖36的電解處理裝置的右側(cè)視圖；以及圖38是圖36的電解處理裝置的主體部分的放大視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖來說明本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例。盡管下面加以說明的實施例涉及在電解處理裝置(電解拋光裝置)中的應(yīng)用，這種應(yīng)用采用一塊片基作為一個要被處理的工件并除去(拋光)該片基表面形成的銅，但很自然，本發(fā)明也適用于其他工件以及其他電解過程。
圖10至圖13表示電解處理裝置48a，具有根據(jù)本發(fā)明的一個第一實施例的、離子交換劑的一個再生設(shè)備。這個電解處理裝置48a包括一個片基固定裝置52，被支撐于能夠在樞軸上水平轉(zhuǎn)動的一個軸樞臂50的自由端以便用它朝下的前表面吸取并固定片基W(所謂的“朝下”方式)；一個盤狀電極組件60，由絕緣材料制造并被置于片基固定裝置52之下；以及一個再生組件64，被支撐于能夠在樞軸上水平轉(zhuǎn)動的一個樞軸臂62的自由端以供對離子交換劑58進(jìn)行再生。電極組件60具有嵌入其中的扇形處理電極54與供電電極56，按照使它們的表面(上面)袒露的方式被交替放置。薄膜形的離子交換劑58被安放在電極組件60的上表面，以便覆蓋處理電極54與供電電極56的表面。與由片基固定裝置52加以固定的片基W的直徑相比，該實施例使用的電極組件具有稍長的直徑，以使片基W的整個表面可以通過讓電極組件60作迂回移動而接受電解處理，該實施例使用這樣一個電極組件只不過是作為具有處理電極54與供電電極56的電極組件60的一個示例。
離子交換劑58可以是具有一個陰離子交換組或一個陽離子交換組的無紡布。一種陽離子交換劑最好攜帶一個強(qiáng)酸陽離子交換組(硫磺酸組)；不過，也可以使用攜帶一個弱酸陽離子交換組(羥基組)的一個陽離子交換組。盡管一種陽離子交換劑最好攜帶一個強(qiáng)基本陰離子交換組(四元銨組)，但也可以使用攜帶一個弱基本陰離子交換組(三元或更低元的氨基組)的一種陰離子交換劑。舉例來說，攜帶一個強(qiáng)基本陰離子交換組的無紡布能夠通過如下方法制備使具有20-50μm纖維直徑及90％孔隙率的一種聚烯烴無紡布經(jīng)受輻射枝接聚合作用，這包括γ射線對該無紡布的照射以及隨后的枝接聚合作用，從而引入枝接鏈；然后，使如此引入的這些枝接鏈被氨化以便向其中引入四元胺組。被引入的離子交換劑組的能力可以由所引入的枝接鏈的數(shù)量來決定。該枝接聚合作用可以采用單體(譬如丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、苯乙烯磺酸鈉或氯甲基苯乙烯)來進(jìn)行。這些枝接鏈的數(shù)量能夠通過調(diào)節(jié)該單體濃度、該反應(yīng)溫度以及該反應(yīng)時間來控制。于是，枝接度(即無紡布在枝接聚合作用后的重量與該無紡布在枝接聚合前的重量的比)能夠達(dá)到它的最大值500％。結(jié)果，枝接聚合后所引入的離子交換組的能力能夠達(dá)到它的最大值5meq/g。
攜帶一個強(qiáng)酸陽離子交換組的無紡布能夠通過如下方法制備如同攜帶一個強(qiáng)基本陰離子交換組的情況一樣，使具有20-50μm纖維直徑及90％孔隙率的一種聚烯烴無紡布經(jīng)受所謂的輻射枝接聚合作用，這包括γ射線對該無紡布的照射以及隨后的枝接聚合作用，從而引入枝接鏈；然后，如此引入的這些枝接鏈采用加熱的硫磺酸進(jìn)行處理以便向其中引入硫磺基組。如果對這些枝接鏈采用加熱的磷酸進(jìn)行處理，那么就能夠引入磷酸鹽組。該枝接度能夠達(dá)到它的最大值500％，如此引入的離子交換組的能力在枝接后能夠達(dá)到它的最大值5meq/g。
離子交換劑58的基底材料可以是聚烯烴，譬如聚乙烯或聚丙烯，或者是任何其他有機(jī)聚合物。此外，除了無紡布的形式之外，該離子交換劑可以具有機(jī)紡布、一塊薄板、多孔材料、短纖維或網(wǎng)狀物等形式。
當(dāng)采用聚乙烯或聚丙烯來作為基底材料時，枝接聚合可以通過首先將輻射線(γ射線或電子束)照射到該基底材料來實現(xiàn)(預(yù)照射)，從而產(chǎn)生游離基，然后使該游離基與單體進(jìn)行反應(yīng)，從而能夠獲得具有很少雜質(zhì)的均勻枝接鏈。另一方面，如果采用聚烯烴之外的有機(jī)聚合物來作為該基底材料，那么游離基聚合作用就可以通過用單體注入該基底材料并將輻射線(γ射線、電子束或UV射線)照射到該基底材料來實現(xiàn)(同時照射)。盡管這種方法不能提供均勻的枝接鏈，但它適用于種類廣泛的基底材料。
利用液體可以流過的、具有一個陰離子交換組或一個陽離子交換組的、由無紡布構(gòu)成的離子交換劑58，就能夠使得純水或超純水，或者液體(譬如電解液)在該無紡布內(nèi)自由移動，而且在該液體中的離子與該離子交換劑的離子交換組之間很容易發(fā)生該離子交換反應(yīng)。
當(dāng)離子交換基58只具有陰離子交換組與陽離子交換組中的一種時，對可電解處理的材料就會附加限制，此外，很可能由于該極性而形成雜質(zhì)。為了解決這個問題，離子交換劑58可以具有這樣一種結(jié)構(gòu)其中，具有一個陰離子交換組的若干陰離子交換劑與具有一個陽離子交換組的若干陽離子交換劑被同心放置來構(gòu)成組合結(jié)構(gòu)。這些陰離子交換劑與這些該陽離子交換劑可以被重疊放置在該片基的要被處理的表面上。也可以將這些陰離子交換劑與這些陽離子交換劑中的每一個造成一個扇面的形狀并交替放置。另一種方法是，離子交換劑58本身既可以攜帶一個陰離子交換組也可以攜帶一個陽離子交換組。這種離子交換劑可以包括陰離子交換組與陽離子交換組隨機(jī)分配的兩性離子交換劑、陰離子交換組與陽離子交換組分層排列的雙極性離子交換劑以及含有陰離子交換組的部分與含有陽離子交換組的部分在厚度方向上平行排列的鑲嵌式離子交換劑。順便提一下，當(dāng)然也可以根據(jù)要被處理的材料來選擇使用具有一個陰離子交換組的離子交換劑或者具有一個陽離子交換組的離子交換劑來作為離子交換劑58。
樞軸臂50被連接到一個樞軸72的上端，樞軸臂50經(jīng)由一個滾珠絲杠68、受一臺用于垂直移動的電動機(jī)66的驅(qū)動而上下移動，樞軸72受一臺樞軸電動機(jī)70的驅(qū)動而轉(zhuǎn)動。片基固定裝置52被連接到一臺用于旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)74，該電動機(jī)被安裝在樞軸臂50的自由端，而且能夠受用于旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)74的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。
電極組件60被直接連接到一臺空心電動機(jī)76，而且能夠受空心電動機(jī)76的驅(qū)動而作迂回移動(平移旋轉(zhuǎn)運動)。在電極組件60的中央部分制造了用作供應(yīng)純水(最好是超純水)的一個純水供應(yīng)部分的一個通孔60a。通孔60a被連接到一條純水供應(yīng)管線80，在空心電動機(jī)76的內(nèi)部經(jīng)由在一個曲柄軸78內(nèi)部形成的一個通孔78a垂直延伸，該曲柄軸被直接連接到空心電動機(jī)76的一根驅(qū)動軸來實現(xiàn)迂回移動。純水或超純水通過通孔60a、而且經(jīng)由具有水吸收性質(zhì)的離子交換劑58被供應(yīng)到片基W的整個處理表面。
本文中純水是指具有不高于10μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的水，而超純水指具有不高于0.1μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的水。代替純水的是，可以采用具有不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體或采用任何電解液。通過在處理過程中供應(yīng)這樣一種處理液體，就能夠消除處理過程中的不穩(wěn)定因素(譬如處理產(chǎn)物與被溶解氣體)，而且能夠以良好的再現(xiàn)性來均勻地實現(xiàn)處理。
根據(jù)這個實施例，多個扇形電極板82沿圓周方向被放置在電極組件60的表面，一個電源86的陰極與陽極經(jīng)由一個控制箱84被交替地連接到電極板82。連接到電源86的陰極的電極板82成為處理電極54，而連接到電源86的陽極的電極板82則成為供電電極56。舉例來說，這適用于銅的處理，因為銅的電解處理在陰極這一側(cè)進(jìn)行。根據(jù)要被處理的材料，該陰極側(cè)可以是一個供電電極，而陽極側(cè)可以是一個處理電極。更具體地講，當(dāng)該要被處理的材料是銅、鉬、鐵等時，電解處理在陰極側(cè)進(jìn)行，所以，被連接到電源86的陰極的電極板82將會是處理電極54，而被連接到電源86的陽極的電極板82將會是供電電極56。另一方面，在鋁、硅等的情況下，電解處理在陽極這一側(cè)進(jìn)行。故而，被連接到該電源陽極的電極板將會是處理電極，而被連接到該電源陰極的電極板將會是供電電極。
在電極組件60的圓周方向上如此隔離并交替地放置處理電極54與供電電極56，就不需要向該片基的導(dǎo)電膜(要被處理的部分)進(jìn)行供電的固定供電部分，而且可以對該片基的整個表面進(jìn)行處理。此外，以脈沖方式改變正負(fù)，電解產(chǎn)物就能夠被溶解，而且能夠由于處理的多次重復(fù)而提高被處理表面的平坦程度。
對于處理電極54與供電電極56，由于電解反應(yīng)而引起它們的氧化與溶解通常是一個問題。考慮到這一點，最好采用碳、相對不活潑的貴金屬、導(dǎo)電氧化物或?qū)щ娞沾蓙碜鳛楣╇婋姌O56的基底材料，而不是采用被廣泛用作電極的金屬或金屬化合物。舉例來說，貴金屬基的電極可以是在一個鈦電極上電鍍或噴涂鉑或銥、然后在高溫下對該鍍涂電極進(jìn)行燒結(jié)以便穩(wěn)定并強(qiáng)化該電極所獲得的一個電極。陶瓷產(chǎn)品通常通過對有機(jī)原材料進(jìn)行熱處理來獲得，而且可以采用不同原材料(包括金屬與非金屬的氧化物、碳化物與氮化物)來制造具有不同性質(zhì)的陶瓷產(chǎn)品。在這些材料中，存在若干具有導(dǎo)電系數(shù)的陶瓷材料。當(dāng)一個電極被氧化時，該電阻值通常會增加而引起所加的電壓的增加。不過，通過采用非氧化材料(譬如鉑)或采用導(dǎo)電氧化物(譬如氧化銥)來保護(hù)一個電極的表面，就能夠防止由于一個電極的基底材料的氧化所引起的電阻增加。
在采用具有陽離子交換組的陽離子交換劑作為離子交換劑58來進(jìn)行銅的電解處理時，離子交換劑(陽離子交換劑)58的離子交換組的相當(dāng)大的部分在該處理之后都會被銅占據(jù)，這使得下一次處理的處理效率下降。另一方面，在采用具有陰離子交換組的陰離子交換劑作為離子交換劑58來進(jìn)行銅的電解處理時，會產(chǎn)生銅氧化物的細(xì)小顆粒，而且這些顆粒會附著到離子交換劑(陰離子交換劑)58的表面。該離子交換劑上的這些顆粒能夠污染下一個要被處理的片基的表面。提供再生組件64來再生這樣一種被消耗或被污染的離子交換劑58，就能消除了上述缺陷。再生組件64被安裝在樞軸臂62的自由端，而該樞軸臂則與受一臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)88的驅(qū)動而轉(zhuǎn)動的一根樞軸90的上端連接。再生組件64包括一個再生電極固定裝置94、表面朝下并由再生電極固定裝置94加以固定的一個盤狀再生電極96、以及覆蓋再生電極96的整個表面(下表面)的供再生的離子交換劑98。再生電極96被設(shè)計得足夠大，即使在一個電極組件60進(jìn)行迂回移動時，也大得完全覆蓋整個電極部件60。通過樞軸臂62的旋轉(zhuǎn)，再生電極96移動到一個能覆蓋電極組件60整個表面的位置。在那個位置上，離子交換劑98能夠靠近或接觸離子交換劑58上覆蓋電極板82的表面(上表面)，而電極板82包括電極組件60的處理電極54與供電電極56。
再生電極96要用一根導(dǎo)線100并借助一個控制箱84電氣連接到電源86的電極中的一個(譬如陰極)，同時，由處理電極54與供電電極56構(gòu)成的電極板82則要被電氣連接到電源86的另一個電極(譬如陽極)。這樣就構(gòu)成一個再生電源102。
供再生的離子交換劑98與安放在電極組件60上的、要被再生的離子交換劑58具有相同類型的離子交換組。就是說，當(dāng)具有一個陽離子交換組的陽離子交換劑被用來作為離子交換劑58時，陽離子交換劑也被用來作為供再生的離子交換劑98。當(dāng)具有一個陰離子交換組的陰離子交換劑被用來作為離子交換劑58時，陰離子交換劑也被用來作為供再生的離子交換劑98。在如上所述借助控制箱84并經(jīng)由導(dǎo)線100將再生電極96連接到電源86的一個電極、同時將由處理電極54與供電電極56構(gòu)成的電極板82連接到電源86的另一個電極時，就完成了如下的控制離子交換劑98這一側(cè)的電極(即再生電極96)將會具有與離子交換劑58、98的極性相反的極性。于是，當(dāng)以一個陽離子交換組作為一個離子交換組的陽離子交換劑被用來作為離子交換劑58、98時，就完成了如下的控制再生電極96將會成為一個陰極，而電極板82將會成為一個陽極。相反，當(dāng)陰離子交換劑被用來作為離子交換劑58、98時，再生電極96將會成為一個陽極，而電極板82將會成為一個陰極。
下面說明由該片基處理裝置進(jìn)行的片基處理(電解處理)以及再生處理。
首先，如圖10與圖11所示，一塊片基W由電解處理裝置48a的片基固定裝置52吸取并加以固定，而且片基固定裝置52被樞軸臂50移動到正對電極組件60上方的處理位置。然后，片基固定裝置52受用于垂直運動的電動機(jī)66的驅(qū)動而下降，以使由片基固定裝置52所固定的片基W接觸或靠近安放在電極組件60的上表面的離子交換劑58的表面。
然后，經(jīng)由控制箱84，一個給定電壓從電源86被加到處理電極54與供電電極56之間，同時，片基固定裝置52被轉(zhuǎn)動，而且電極組件60進(jìn)行迂回移動。具體地講，離子交換劑58與電極組件60彼此接觸或靠近，并且相對運動。電極組件60可以作旋轉(zhuǎn)而不作迂回移動。此外，離子交換劑58與電極組件60中的一個可以被移動。同時，純水或超純水通過通孔60a從電極組件60的下方被供應(yīng)到它的上表面，從而將純水或超純水注入處理電極54、固定電極56與片基W之間的空間。從而，舉例來說，如圖1B所示在片基W上形成的銅薄膜6的電解處理就通過該離子交換劑中產(chǎn)生的電解反應(yīng)與離子移動而得以實現(xiàn)。更具體地講，通過使純水或超純水在離子交換劑58中流動，就能夠有效地增強(qiáng)電解處理。
在完成該電解處理之后，電源84經(jīng)由控制箱84解除與處理電解54及供電電極56的連接，片基固定裝置52的旋轉(zhuǎn)與電極組件60的迂回移動就停止。此后，片基固定裝置52被提升、樞軸臂50被轉(zhuǎn)動，被處理片基W則被傳送到下一道工序。
這個實施例表示向電極組件60與片基W之間的空間供應(yīng)純水(最好是超純水)的情況。在電解處理中使用不含電解質(zhì)的純水或超純水能夠防止額外的雜質(zhì)(譬如電解質(zhì))附著到以及遺留在片基W的表面。此外，在電解處理過程中溶解的銅離子等會立即通過該離子交換反應(yīng)而被離子交換劑58俘獲。這樣能夠防止被溶解的銅離子等重新沉積在片基W的其他部分，或者防止它們被氧化而成為污染片基W表面的細(xì)小顆粒。
超純水具有高電阻系數(shù)，所以一個電流很難流過?？s短該電極與工件之間的距離或在該電極與工件之間插入該離子交換劑可以降低該電阻。此外，電解液在與多種電解液混合使用時能夠進(jìn)一步降低該電阻并降低功耗。在使用電解液來進(jìn)行電解處理時，工件上經(jīng)受處理的部分的范圍是略為超過該處理電極面積的一個更廣的區(qū)域。從另一方面講，在組合使用超純水與離子交換劑的情況下，由于幾乎沒有電流流過超純水，所以電氣處理只在工件上與該處理電極及該離子交換劑的面積相等的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。
能夠使用將電解質(zhì)加到純水或超純水所獲得的電解液來代替純水或超純水。使用這樣一種電解液能夠進(jìn)一步降低該電阻并降低該功耗。中性鹽(譬如NaCl或Na2SO4)的溶液、酸(譬如HCl或H2SO4)的溶液或者堿(譬如氨水)的溶液可以被用來作為該電解溶液，這些溶液可以根據(jù)該工件的性質(zhì)而選擇使用。在使用該電解溶液時，最好在片基W與離子交換劑58之間提供一個微小的空隙，以使它們彼此互不接觸。此外，也能夠使用通過將表面活性劑等加到純水或超純水中所獲得的、具有一個不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體來代替純水或超純水，該導(dǎo)電系數(shù)最好不高于50μS/cm，更好的是不高于0.1μS/cm(不低于10MΩ·cm的電阻系數(shù))。由于在純水或超純水中存在表面活性劑，所以該液體能夠在片基W與離子交換劑58的界面上形成其作用為禁止離子均勻遷移的一個層，從而減小離子交換(金屬溶解)的濃度以便提高該被處理表面的平坦程度。希望該表面活性劑的濃度不高于100ppm。在導(dǎo)電系數(shù)值太大時，電流效率就降低，處理速率就下降。使用具有一個不高于500μS/cm，最好不高于50μS/cm，但更好是不高于0.1μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體就能夠保持希望的處理速率。
如果為了提高該處理速率而使一個電壓上升來增加電流密度，那么在該電極與該片基(要被處理的工件)之間的電阻大時就能夠產(chǎn)生放電現(xiàn)象。放電的產(chǎn)生會導(dǎo)致該工件表面的前后震動，這樣就不能夠形成均勻平坦的被處理表面。相反，由于離子交換劑58與片基W接觸時電阻很小，就能夠避免產(chǎn)生放電現(xiàn)象。
然后，在希望的時刻，譬如說在經(jīng)過了預(yù)定時間之后或者在處理了預(yù)定數(shù)量的片基之后，一直在該電解處理中被使用的離子交換劑58就接受再生處理。現(xiàn)在參考與12與圖13來說明該再生處理。
首先，片基固定裝置52從上述電極組件60退回，然后樞軸臂62被轉(zhuǎn)動而將再生組件64移動到電極組件60的上方，以使再生組件64的供再生的離子交換劑98的下表面被帶動得靠近或接觸要被再生的、安放在電極組件60的上表面的離子交換劑58的上表面。
借助控制盒84，電源86的一個電極(譬如說陰極)被連接到再生電極96，而另一個電極(譬如說陽極)則被連接到由處理電極54與固定電極56構(gòu)成的電極板82，從而將一個電壓加到再生電極96與電極板82之間，與此同時，電極組件60能夠進(jìn)行迂回移動。同時，純水或超純水從電極組件60的下方通過通孔60a被供應(yīng)到電極組件60的上表面，以便用純水或超純水注滿再生電極96與電極板82之間的區(qū)域，從而使要被再生的離子交換劑58與供再生的離子交換劑98被浸入純水或超純水。
如上所述，一旦完成了電氣連接，就會借助控制箱84實現(xiàn)如下的控制離子交換劑98這一側(cè)的電極(即再生電極96)將會具有與離子交換劑58、98的極性相反的極性。于是，當(dāng)陽離子交換劑被用來作為離子交換劑58、98時，再生電極96將會成為一個陰極，而電極板82將會成為一個陽極。相反，當(dāng)陰離子交換劑被用來作為離子交換劑58、98時，再生電極96將會成為一個陽極，而電極板82將會成為一個陰極。
按照上述運行方式，通過利用離子交換劑58、98作為一種固態(tài)電解質(zhì)所進(jìn)行的離子交換反應(yīng)，要被再生的離子交換劑58中的離子就被移動到供再生的離子交換劑98。于是就實現(xiàn)了離子交換劑58的再生。當(dāng)陽離子交換劑被用來作為離子交換劑58、98時，要被再生的離子交換劑58中所吸收的陽離子就移動到供再生的離子交換劑98；而當(dāng)陰離子交換劑被用來作為離子交換劑58、98時，要被再生的離子交換劑58中所吸收的陰離子就移動到供再生的離子交換劑98，從而離子交換劑58得以再生。
如上所述，也可以使用具有一個不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體或者使用電解液來代替純水或超純水。
在完成該再生之后，電源86與電極板82之間以及電源86與再生電極96之間的電氣連接就借助控制箱84加以切斷，電極組件60的迂回移動就被停止。此后，樞軸臂62被旋轉(zhuǎn)以使再生組件64返回該原始位置。
圖14表示上述提供電解處理裝置48a的一個片基處理裝置。如圖14所示，該片基處理裝置包括一對裝載/卸載單元110作為一個運入與運出部件，被用來運入與運出內(nèi)裝一塊片基W(譬如圖1B所示的一塊片基W)的一個片基盒，片基W在其表面上具有作為一個導(dǎo)電薄膜的一層銅膜6(要被處理的部分)；一個用來將片基W翻面的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)112；以及電解處理裝置48a，這三件設(shè)備被連續(xù)放置。提供了一個傳送機(jī)器人114來作為一個傳送設(shè)備，能夠平行于這些裝置移動以便在它們之間運輸并傳送片基W。該片基處理裝置也提供了一個監(jiān)視器116來監(jiān)視在電解處理裝置48a中進(jìn)行電解處理時加到處理電極54與固定電極56之間的一個電壓或者在它們之間流過的一個電流。在進(jìn)行再生處理時，當(dāng)該電壓被加到由處理電極54和供電電極56構(gòu)成的電極板82與再生電極96之間時，該監(jiān)視器能夠監(jiān)視電解電流與電解時間以及/或者電量兩者中的至少一項。
下面說明該片基處理裝置進(jìn)行的片基處理(電解處理)。首先，一塊片基W——譬如其表面有一層銅膜6來作為一個導(dǎo)電膜(要被處理的部分)的一塊片基(見圖1B)——被傳送機(jī)器人114從內(nèi)裝片基的片基盒中取出，并放置到裝載/卸載單元110。如果必要，片基W被傳送到翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)112來為片基W翻面。然后，片基W被電解處理裝置48a的片基固定裝置52吸取并加以固定。然后，片基W的電解處理就能夠按照與上述方式相同的方式進(jìn)行。
這時，監(jiān)視器116監(jiān)視加到處理電極54與供電電極56之間的電壓或者流過它們之間的電流來測定結(jié)束時刻(處理終點)。在這種情況下要注意，在電解處理中，一個電流(所加電壓)按照要被處理的材料而變化，即使具有相同的電壓(電流)也是如此。所以，該結(jié)束時刻確實可以通過監(jiān)視電流或電壓中的變化來測定。
在完成該電解處理之后，片基固定裝置52被升高，片基W通過旋轉(zhuǎn)樞軸臂50而被運到傳送機(jī)器人114。傳送機(jī)器人114從片基固定裝置52中取出片基W，而且如果需要，就將片基W傳送到翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)112來給它翻面，然后將片基W送回裝載/卸載單元110中的片基盒。
在按照上述方式進(jìn)行離子交換劑58的再生時，采用監(jiān)視器116來監(jiān)視一個電壓被加到包含處理電極54和供電電極56的電極板82與再生電極96之間時所觀測到的電解電流與時間以及/或者電量中的至少一項。離子交換劑的再生量由該電解電流與該電解時間的乘積(即該電量)來決定。故而，通過利用監(jiān)視器116來監(jiān)視該電解電流與時間以及/或者該電量中的至少一項就能夠控制該再生量并測定再生的結(jié)束時刻。
圖15與圖16表示電解處理裝置48b，具有根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的、離子交換劑的一個再生設(shè)備。在這個電解處理裝置48b中，前述實施例中的片基固定裝置52與電極組件60的位置關(guān)系正好相反，而且片基W使它的表面朝上加以固定(所謂的“朝上”方式)，以使電解處理對該片基的上表面進(jìn)行。于是，片基固定裝置52被放置在電極組件60的下方、它使片基W的表面朝上來固定片基W，并受用于旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)74的驅(qū)動而繞它自己的軸旋轉(zhuǎn)。另一方面，具有被離子交換劑58覆蓋的處理電極54與供電電極56的電極組件60被放置在片基固定裝置52之上，由樞軸臂50按照其前表面朝下的方式固定在它的自由端，而且受空心電動機(jī)76的驅(qū)動而繞它自己的軸旋轉(zhuǎn)。此外，從電源86延伸出的導(dǎo)線穿過樞軸72的空心部分而到達(dá)滑環(huán)120，并進(jìn)一步穿過空心電動機(jī)76的空心部分而到達(dá)處理電極54與供電電極56，以便將一個電壓加到它們之間。根據(jù)這個實施例，離子交換劑58被設(shè)計得具有比片基W直徑更大的直徑，但也可以使用具有比片基W直徑更小的直徑的離子交換劑。
純水或超純水從純水供應(yīng)管線80經(jīng)由在電極組件60的中央部分形成的通孔60a從片基W的上側(cè)被供應(yīng)到片基W的前表面(上表面)。
如圖15的實線所示，在運行中，電極組件60下降，以使被片基固定裝置52固定的片基W接觸或靠近被安放在電極組件60的上表面的離子交換劑58的表面。然后，一個給定電壓被加到處理電極54與供電電極56之間，與此同時，向片基W的上表面供應(yīng)純水或超純水。同時，片基固定裝置52與電極組件60被轉(zhuǎn)動，電極組件60繞樞軸旋轉(zhuǎn)。從而，該片基表面的電解處理得以實現(xiàn)。
此外，在片基固定裝置52這一側(cè)提供了用于對安放在電極組件60上的離子交換劑58進(jìn)行再生的再生組件64。再生組件64包括與一個支撐柱122的上端相連的再生電極固定裝置94、由再生電極固定裝置94加以固定的再生電極96、以及覆蓋再生電極96的表面(上表面)的供再生的離子交換劑98。如圖15中的虛線所示，電極組件60通過旋轉(zhuǎn)樞軸臂50而被移動到正對再生組件64的上方，然后被降低以便將要被再生的、安放在電極組件60上的離子交換劑58帶動得靠近或接觸再生組件64的供再生的離子交換劑98。在轉(zhuǎn)動以及——如果需要的話——在樞軸上旋轉(zhuǎn)電極組件60時，一個給定電壓從再生電源102被加到包含處理電極54及供電電極56的電極板82與再生電極96之間，從而對離子交換劑58進(jìn)行再生。再生后的離子交換劑58則用——譬如說——超純水進(jìn)行漂洗。
圖17表示電解處理裝置48c，具有根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的、離子交換劑的一個再生設(shè)備。電解處理裝置48c與圖15及圖16所示的電解處理裝置48b的區(qū)別在于，舉例來說，離子交換劑58是三層結(jié)構(gòu)(薄片)，包括一對強(qiáng)酸陽離子交換纖維130、132以及插在纖維130、132之間的一層強(qiáng)酸陽離子交換薄膜134。其他結(jié)構(gòu)與圖15及圖16所示相同。離子交換劑58可以由任何離子交換材料構(gòu)成。此外，薄層的數(shù)目也不限于三層。
通過將離子交換劑58制成由薄層離子交換材料(譬如無紡布、機(jī)紡布以及多孔薄膜)構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)，就能夠提高離子交換劑58的總體離子交換能力，從而，舉例來說，在銅的除去(拋光)處理中就能夠抑制氧化物的形成以避免該氧化物反過來影響該處理速率。若不采用多層結(jié)構(gòu)，也可以采用單層的厚離子交換劑來提高離子交換能力。在這一方面，當(dāng)離子交換劑的總體離子交換能力低于除去處理過程中在該離子交換劑中吸收的銅離子數(shù)量時，就不可避免地會在該離子交換劑的表面或其內(nèi)部形成氧化物，這反過來會影響該處理速率。于是，氧化物的形成由離子交換劑的離子交換能力來決定，超過該能力的銅離子將要變成氧化物。這樣，氧化物的形成能夠通過使用多層離子交換劑來作為該離子交換劑而有效地加以抑制，該多層離子交換劑由薄層離子交換材料組成，并能夠提高總體離子交換能力。為抑制該離子交換劑內(nèi)部的銅離子等的聚集，可以通過對該離子交換劑進(jìn)行再生來限制氧化物的形成。
根據(jù)這個實施例，就像圖14與圖15所示的實施例一樣，多層結(jié)構(gòu)的離子交換劑58在希望的時刻在再生組件64中得以再生。通過該再生，構(gòu)成離子交換劑58的多種離子交換材料(譬如強(qiáng)酸陽離子交換纖維130、132以及強(qiáng)酸陽離子交換薄膜134等)能夠被同時再生。
這個實施例采用由多種離子交換材料構(gòu)成的一個薄片來作為要被再生的離子交換劑。也能夠使用由多種離子交換材料構(gòu)成的一個薄片來作為供再生的離子交換劑。如果供再生的離子交換劑被制成由多種離子交換材料構(gòu)成的一個薄片，那么供再生的離子交換劑的實際離子交換能力就會提高，而且更多離子交換劑(要被再生的離子交換劑)就能夠被連續(xù)再生。
根據(jù)上述實施例，用于在該電解處理時將液體供應(yīng)到該片基與該離子交換劑之間的液體供應(yīng)組件也被用來作為將液體供應(yīng)到該對電極之間的液體供應(yīng)部件，以便將要被再生的離子交換劑與供再生的離子交換劑浸入該液體。不過，也能夠提供兩個獨立的液體供應(yīng)組件。
此外，根據(jù)上述實施例，該再生組件提供了供再生的離子交換劑，以使要被再生的離子交換劑中的離子能夠在該再生處理過程中移動到供再生的離子交換劑。這樣能夠防止從要被再生的離子交換劑中移動出的離子附著到該電極，從而防止附著到該電極的固態(tài)物質(zhì)污染該已再生的離子交換劑。但是，供再生的離子交換劑可以被省略。
圖18與圖19表示電解處理裝置48d，具有根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的一個離子交換劑再生設(shè)備。電解處理裝置48d與圖10到圖13所示的上述實施例的不同之處在于，使用下述再生組件來作為再生離子交換劑58的再生部件64該再生組件被安裝在樞軸臂62的自由端，而樞軸臂62則與受旋轉(zhuǎn)電動機(jī)94的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)的樞軸96的上端相連。其他結(jié)構(gòu)與圖10到圖13所示的實施例相同。
再生組件64包括一個盤狀再生電極固定裝置198。再生電極固定裝置198具有一個朝下開口的圓形凹陷198a。凹陷198a的開口由一個隔板202加以封閉，從而形成由凹陷198a與隔板202構(gòu)成的一個排放部分200。盤狀再生電極204被安放在凹陷198a的底部。此外，在再生電極固定裝置198的直徑方向的兩端部分分別提供了與排放部分200的外圍部分相連的一個液體入口198b與一個液體出口198c。液體入口198b與液體出口198分別被連接到一條液體入口管線206與一條液體出口管線206b。液體從液體入口206被供應(yīng)到排放部分200。所供應(yīng)的液體被注入排放部分200，以使再生電極204被浸入該液體。此后，被供應(yīng)到排放部分200的液體在排放部分200中沿一個方向流動，并從液體出口管線206b按順序排放。
如下面所述，希望隔板202不會阻礙從要被再生的離子交換劑58中除去的雜質(zhì)離子的遷移通過，而且禁止在隔板202與再生電極204之間流動的液體(包括該液體中的離子)滲透進(jìn)入離子交換劑58這一側(cè)。在這一方面，離子交換劑允許陽離子或陰離子的選擇性滲透通過?？梢赃x擇合適的離子交換劑來作為一個隔板。此外，作為一個隔板的薄膜型離子交換劑能夠防止在隔板202與再生電極204之間流動的液體侵入要被再生的離子交換劑58這一側(cè)。所以，適當(dāng)選擇的薄膜型離子交換劑能夠滿足對隔板202的上述要求。
希望要被供應(yīng)到排放部分200的液體是具有一個高導(dǎo)電系數(shù)、而且不會通過與從要被處理的離子交換劑中除去的離子產(chǎn)生的反應(yīng)而形成一種難溶或不溶化合物的液體(譬如電解液)。這樣，如下所述，該液體的作用是使已經(jīng)從要被再生的離子交換劑58中移動出來并穿過隔板202的那些離子通過該液體的流動而被排出該系統(tǒng)。具有高導(dǎo)電性的上述液體因為它的低電阻而能夠降低該再生部件中的功耗。此外，不會通過與該雜質(zhì)離子產(chǎn)生的反應(yīng)而形成不溶化合物(副產(chǎn)物)的上述液體能夠防止固態(tài)物質(zhì)附著到隔板202?？梢愿鶕?jù)要被排放的雜質(zhì)離子的種類來選擇合適的液體。舉例來說，當(dāng)對在銅的電解拋光中使用的離子交換劑進(jìn)行再生時，就可以使用具有1％或更高重量濃度的硫磺酸。
再生電極204要用導(dǎo)線100并借助控制箱84被電氣連接到電源86的一個電極(譬如陰極)，而由處理電極54與供電電極56構(gòu)成的電極板82則要被電氣連接到電源86的另一個電極(譬如陽極)。這樣就構(gòu)成一個再生電源102。
根據(jù)這個實施例，被用作隔板202的離子交換劑具有與安放在電極組件60上的、要被再生的離子交換劑58相同類型的離子交換組。就是說，當(dāng)具有一個陽離子交換組的陽離子交換劑被用來作為離子交換劑58時，陽離子交換劑也被用來作為隔板(離子交換劑)202。當(dāng)具有一個陰離子交換組的陰離子交換劑被用來作為離子交換劑58時，陽離子交換劑也被用來作為隔板(離子交換劑)202。
此外，當(dāng)如上所述借助控制箱84將再生電極204用導(dǎo)線100連接到電源86的一個電極、并同時將由處理電極54與供電電極56構(gòu)成的電極板82連接到電源86的另一個電極時，就實現(xiàn)了如下這樣一種控制當(dāng)陽離子交換劑被用來作為要被再生的離子交換劑58時，再生電極204將會成為一個陰極，而當(dāng)陰離子交換劑被用來作為離子交換劑58時，再生電極204將會成為一個陽極。
現(xiàn)在參考圖19來說明由該電解處理裝置進(jìn)行的再生處理。
首先，片基固定裝置52從電極組件60上方退回，然后樞軸臂62繞樞軸旋轉(zhuǎn)以便將再生組件64移動到電極組件60的上方。然后，再生組件64被降低，以使再生組件64的隔板202的下表面被帶動得靠近或接觸安放在電極組件60的上表面的、要被再生的離子交換劑58的上表面。
借助控制箱84，電源86的一個電極(譬如說陰極)被連接到再生電極204，而另一個電極(譬如陽極)則被連接到由處理電極54與供電電極56構(gòu)成的電極板82，從而將一個電壓加到再生電極204與電極板82之間，與此同時，使電極組件60作迂回移動。這些供電電極在再生時也可以不進(jìn)行電氣連接。同時，純水或超純水從電極組件60的下方通過通孔60a被供應(yīng)到電極組件60的上表面，以便用純水或超純水來注滿隔板202與電極板82之間的區(qū)域，從而將要被再生的離子交換劑58浸泡到純水或超純水中，與此同時，液體被供應(yīng)到再生電極固定裝置98內(nèi)部所提供的排放部分200，以便用該液體注滿排放部分200，從而將再生電極204浸泡到該液體中，而且使該液體在排放部分200內(nèi)沿一個方向流動，并從液體出口198c排出。
一旦完成了電氣連接，如上所述，就會借助控制箱84實現(xiàn)如下的控制再生電極204將會具有與離子交換劑58(以及隔板202)的極性相反的極性。于是，當(dāng)陽離子交換劑被用來作為離子交換劑58(以及被用作隔板202)時，再生電極204將會成為一個陰極，而電極板82將會成為一個陽極。相反，當(dāng)陰離子交換劑被用來作為離子交換劑58(以及被用作隔板202)時，再生電極204將會成為一個陽極，而電極板82將會成為一個陰極。
通過上述的運行方式，要被再生的離子交換劑58中的離子向再生電極204移動、穿過隔板202并被引入排放部分200。如此移動到排放部分200的離子依靠供應(yīng)到排放部分200的液體的流動而被排出該系統(tǒng)。這樣就實現(xiàn)了離子交換劑58的再生。當(dāng)陽離子交換劑被用來作為離子交換劑58時，要被再生的離子交換劑58中所吸收的陽離子就穿過隔板202并移動到排放部分200；當(dāng)使用陰離子交換劑時，要被再生的離子交換劑58中所吸收的陰離子就穿過隔板202并移動到排放部分200，從而離子交換劑58得以再生。
如上所述，在上述再生處理中，與要被再生的離子交換劑58具有相同類型離子交換組的離子交換劑被用來作為隔板202。這樣就能防止離子交換劑58中的雜質(zhì)離子穿過隔板(離子交換劑)202的遷移被隔板202所阻擋，從而防止功耗的增加。此外，這樣會禁止在隔板202與再生電極204之間流動的液體(包括該液體中的離子)滲透穿過隔板202，于是，就禁止了該液體向離子交換劑58這一側(cè)的移動，并防止已再生的離子交換劑58的再次污染。而且，被用作要被供應(yīng)到隔板202與再生電極204之間的液體最好是具有不低于50μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的、不會通過與從離子交換劑58中除去的離子產(chǎn)生的反應(yīng)而形成一種難溶或不溶化合物的液體。這種液體因為它的低電阻而能夠降低再生組件中的功耗。而且，該液體不會通過與雜質(zhì)離子產(chǎn)生的反應(yīng)而形成一種不溶化合物(副產(chǎn)物)。在這一方面，如果形成了一種不溶化合物，就會附著到隔板202，從而再生電極204與電極板82之間的電阻就會改變，也就很難控制該電解電流。這樣的一個問題就能夠如此予以防止。如同上述實施例一樣，可以使用具有不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體或者使用電解液來代替純水或超純水。
在完成該再生之后，電源86與電極82之間以及電源86與再生電極204之間的電氣連接就借助控制箱84被切斷，而且在升高再生組件64之后，電極組件60的迂回移動也就停止。此后，樞軸臂62繞樞軸旋轉(zhuǎn)而使再生組件64返回到原始位置。根據(jù)本發(fā)明，如上所述，離子交換劑的再生能夠通過電化學(xué)反應(yīng)方便、快速地進(jìn)行。通過(譬如說，在電解處理裝置中)進(jìn)行這樣一種離子交換劑再生過程，電解處理的中斷時間就能夠被縮短，該裝置的處理效率就能夠被提高。此外，本發(fā)明能夠使該已再生的離子交換劑受化學(xué)液體的污染達(dá)到最小，而且還能夠使清洗該已再生的離子交換劑時的負(fù)荷最小。
圖21與圖22表示根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的電解處理裝置450。這個電解處理裝置450包括一個片基固定裝置454，被支撐在能夠繞樞軸水平旋轉(zhuǎn)的一個樞軸臂452的自由端，并被用于使它的前表面朝下(所謂“朝下”方式)來吸取及固定片基W；一個由絕緣材料制造的盤狀電極部件462，具有嵌入其中的扇形處理電極456以及供電電極458，這些電極按照使它們的表面(上面)袒露的方式被交替放置；以及安放在電極組件462上的薄膜形離子交換劑460，以便覆蓋處理電極456與供電電極458的表面。
與由片基固定裝置454加以固定的片基W的直徑相比，這個實施例使用的一個電極組件具有稍長的直徑，從而使得片基W的整個表面可以通過進(jìn)行電極組件462的迂回移動而接受電解處理，這只不過是具有處理電極456與供電電極458的電極組件462的一個示例。
受用于垂直移動的一臺電動機(jī)464的驅(qū)動并經(jīng)由一個滾珠絲杠466而上下移動的、用于繞樞軸來旋轉(zhuǎn)片基固定裝置454的樞軸臂452被連接到受一臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)468的驅(qū)動而繞樞軸旋轉(zhuǎn)的一個樞軸470的上端。片基固定裝置454被連接到安裝在樞軸臂452的自由端的、用于旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)475，并能夠受用于旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)472的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。
電極組件462被直接連接到一臺空心電動機(jī)474，并能夠受空心電動機(jī)474的驅(qū)動而進(jìn)行迂回移動(平移旋轉(zhuǎn)運動)。在電極組件462的中央部分形成一個通孔462a。通孔462a被連接到一個電解處理液體供應(yīng)組件478，該組件被用于供應(yīng)供電解處理的處理液體，譬如純水，最好是超純水，而且該組件連接到在空心電動機(jī)474內(nèi)部延伸的一條電解處理液體供應(yīng)管線478。該處理液體(譬如純水或超純水)通過通孔462a被供應(yīng)到電極組件462的上表面，并通過具有水吸收性質(zhì)的離子交換劑460散布到片基W的整個處理表面。
根據(jù)這個實施例，若干扇形電極板480在電極組件462中沿圓周方向放置，而且一個處理電源484的陰極與陽極經(jīng)由一個控制箱484被交替連接到電極板480。連接到處理電源484的陰極的電極板480成為處理電極456，而連接到處理電源484的陽極的電極板480成為供電電極458。
此外，根據(jù)這個實施例，陽離子交換劑被用來作為離子交換劑460，而且部分地再產(chǎn)生覆蓋處理電極456的離子交換劑(陽離子交換劑)。
每個處理電極456被嵌入電極組件462中提供的一個凹陷462b，而且每個供電電極458被嵌入電極組件462中提供的一個凹陷462c。用于將處理電極456嵌入其中的凹陷462b被設(shè)計得比用于將供電電極458嵌入其中的凹陷462c更深，凹陷462b提供了一個再生組件490。
再生組件490包括一個隔板492，該隔板封閉凹陷462b的開口。這樣用隔板492封閉凹陷462b的開口，就在處理電極456與隔板492之間形成一個排放部分494。此外，電極組件462提供了被連接到一條排放液體供應(yīng)管線498的一個排放液體供應(yīng)入口462d，該管線則被連接到用于為排放污染物而供應(yīng)排放液體的一個排放液體供應(yīng)組件496，該管線沿空心電動機(jī)474的空心部分延伸，排放液體供應(yīng)入口462d水平延伸并對排放部分492開口；而且電極組件462具有一個排放液體排放出口462e，從該排放部分外圍水平延伸，在電極組件462的外圓周表面開口。排放液體通過排放液體供應(yīng)入口462d被供應(yīng)到排放部分494。如此供應(yīng)到排放部分494的排放液體就注滿排放部分494，以使得處理電極456被浸泡到該排放液體。此后，被供應(yīng)到排放部分494的排放液體在排放部分494中沿一個方向流動，并從排放液體排放出口462e被順序排出。
如下面所述，希望隔板492不會阻擋從要被再生的離子交換劑460中除去的雜質(zhì)離子的遷移通過、并禁止在隔板492與處理電極456之間流動的排放液體(包括該液體中的離子)滲透到離子交換劑460這一側(cè)。在這一方面，離子交換劑允許陽離子或陰離子的選擇性滲透通過。可以選擇合適的離子交換劑來作為一個隔板。此外，作為一個隔板的薄膜型離子交換劑能夠防止在隔板492與處理電極456之間流動的排放液體侵入離子交換劑460這一側(cè)。于是，適當(dāng)選擇的薄膜型離子交換劑就能夠滿足對隔板492的上述要求。
如上所述，希望要被供應(yīng)到排放部分494的排放液體是具有一個高導(dǎo)電系數(shù)(譬如說不低于50μS/cm)的液體，而且該液體不會通過與從離子交換劑460中除去的離子產(chǎn)生的反應(yīng)而形成一種難溶或不溶的化合物。
根據(jù)這個實施例，與要被再生的離子交換劑460具有相同類型離子交換組的離子交換劑被用來作為隔板492。就是說，陽離子交換劑被用來作為隔板492。這樣一個隔板(離子交換劑)492能夠只允許那些來自離子交換劑(陽離子交換劑)460的離子滲透通過，并禁止在排放部分494中流動的排放液體中的離子遷移到離子交換劑460這一側(cè)。
如果具有一個陰離子交換組的離子交換劑被用來作為要被再生的離子交換劑，最好使用陰離子交換劑來作為該隔板(離子交換劑)。下面說明由電解處理裝置450進(jìn)行的片基處理(電解處理)以及再生處理。
首先，一塊片基W被電解處理裝置450的片基固定裝置454吸取并加以固定，而且片基固定裝置454被樞軸臂452移動到正對電極462上方的處理位置。然后，片基固定裝置454受用于垂直移動的電動機(jī)464的驅(qū)動而下降，以使得由片基固定裝置454加以固定的片基W接觸或靠近安放在電極組件460的上表面的離子交換劑460的表面。
然后，一個給定的電壓由處理電源484經(jīng)由一個控制箱84被加到處理電極456與供電電極458之間，與此同時，片基固定裝置454被轉(zhuǎn)動，電極組件462則進(jìn)行迂回移動。具體地講，離子交換劑460與電極組件454彼此接觸或靠近，并相對移動。電極組件462可以被轉(zhuǎn)動而不作迂回移動。此外，片基固定裝置454與電極組件462中的一個也可以被移動。同時，處理液體(譬如純水或超純水)通過通孔462a從電極組件462的下方被供應(yīng)到它的上表面，從而將該處理液體注入處理電極456、供電電極458與片基W之間的空間。于是，舉例來說，如圖1B所示，在片基W表面形成的銅膜6的電解處理就會通過該離子交換劑中產(chǎn)生的電解反應(yīng)以及離子移動來實現(xiàn)。更具體地講，通過使純水或超純水在離子交換劑460中流動，就能夠提高該電解處理效率。
同時，排放液體通過排放液體供應(yīng)入口462d被供應(yīng)到再生部件490中提供的排放部分494，從而用該排放液體注滿排放部分494，并將處理電極456浸泡到該排放液體，而且使該排放液體在排放部分494中向外流動并從排放液體排放出口462e排出。
按照上述運行方式，通過利用離子交換劑460作為一種固態(tài)電解質(zhì)所進(jìn)行的離子交換反應(yīng)，要被再生的離子交換劑460中的離子向處理電極456移動、穿過隔板492并被引入排放部分494。如此移動到排放部分494中的離子依靠供應(yīng)到排放部分494的排放液體的流動而被排出該系統(tǒng)。于是，離子交換劑460的再生得以實現(xiàn)。當(dāng)陽離子交換劑被用來作為離子交換劑460時，被吸收到要被再生的離子交換劑460中的陽離子就穿過隔板492并移動到排放部分494；當(dāng)使用陰離子交換劑時，被吸收到要被再生的離子交換劑460中的陰離子就穿過隔板492并移動到排放部分494，從而離子交換劑460得以再生。
在上述再生處理中，如上所述，與要被再生的離子交換劑460具有相同類型離子交換組的離子交換劑被用來作為隔板492。這樣能防止離子交換劑460中的雜質(zhì)離子通過隔板(離子交換劑)492的遷移被隔板492所阻擋，從而防止該功耗的增加。此外，這樣能禁止在隔板492與處理電極456之間流動的排放液體(包括該液體中的離子)滲透穿過隔板492，從而禁止該排放液體移動到離子交換劑460這一側(cè)，并防止該已再生的離子交換劑460的再次污染。而且，最好使用具有一個不低于50μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的、不會通過與從離子交換劑460中除去的離子產(chǎn)生的反應(yīng)而形成一種難溶或不溶化合物的液體來作為要被供應(yīng)到隔板492與再生電極500之間的排放液體。這樣的一種排放液體因為它的低電阻而能夠降低該再生組件中的功耗。而且，該排放液體不會通過與雜質(zhì)離子進(jìn)行的反應(yīng)而形成一種不溶的化合物(副產(chǎn)品)。在這一方面，如果形成了不溶的化合物，就會附著到隔板492，從而使再生電極500與處理電極456之間的電阻發(fā)生變化，這樣也就很難控制該電解電流。這樣一個問題就能夠如此予以防止。
在完成該電解處理之后，處理電源484與處理電極456之間以及處理電源484與供電電極458之間的電氣連接就借助控制箱484加以切斷。然后，片基固定裝置454的旋轉(zhuǎn)與電極組件462的迂回移動就被停止。此后，樞軸臂62繞樞軸旋轉(zhuǎn)而將電解處理后的片基W傳送到下一道工序。
圖22與圖23表示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的電解處理裝置450a。與圖20和圖21的實施例一樣，電解處理裝置450a包括該處理電極這一側(cè)的一個再生組件。裝置450a提供一個再生組件490a，包括一個處理電極部件504，該部件由處理電極456以及安放在處理電極456兩個表面上的、與前面所述相同的隔板492和一個第二隔板502構(gòu)成；與處理電極456相隔距離放置的一個再生電極500；以及供排放液體流過的、在處理電極部件504與再生電極500之間形成的一個排放部分494a。裝置450a也提供一個再生電源506。處理電極456被連接到處理電源484的陰極和再生電源506的陽極；再生電極500被連接到再生電源506的陰極。根據(jù)這個實施例，像上述隔板492一樣，與要被再生的離子交換劑460具有相同類型離子交換組的離子交換劑(即陽離子交換劑)被用來作為第二隔板502。此外，處理電極456被放置得靠近離子交換劑460，這樣就會靠近工件，但中間隔著隔板492。其他結(jié)構(gòu)與圖20及圖21的實施例幾乎相同。根據(jù)這個實施例，具有許多網(wǎng)眼作為通孔的一個網(wǎng)眼電極被用來作為處理電極456。來自離子交換劑460的離子處理產(chǎn)物(雜質(zhì)離子)穿過處理電極456的許多網(wǎng)眼(通孔)并達(dá)到排放部分494a。
這樣使處理電極456隔著隔板492被放置得靠近離子交換劑460，并將處理電極456連接到處理電源484的陰極，就能夠使放置處理電極456的、靠近離子交換劑460的位置與處理電源484的陰極具有相同的電位。于是，舉例來說，與圖8中處理電極232被放置在與離子交換劑相隔距離、從而與工件相隔距離的情況相比，根據(jù)這個實施例，能夠在更靠近工件的一個位置上產(chǎn)生與處理電源484的陰極相同的電位。這樣就能夠產(chǎn)生均勻的電場，以便進(jìn)行穩(wěn)定的處理。而且，處理電極456與離子交換劑460的靠近使它能夠更均勻地除去離子交換劑460內(nèi)聚集的離子處理產(chǎn)物以及對離子交換劑460進(jìn)行再生。在這一方面，如果處理電極456遠(yuǎn)離離子交換劑460，那么由于它們之間的沉積物、氣泡的聚集等等，該離子交換劑的內(nèi)部微小部分的電阻會發(fā)生改變。這樣就會影響處理(再生)時的電流，從而導(dǎo)致該電場的變化。故而，當(dāng)工件的電解處理以及該離子交換劑的再生被繼續(xù)進(jìn)行時，可能會出現(xiàn)難以進(jìn)行該離子交換劑的有效再生和該離子交換劑的均勻再生的情況，這樣就會導(dǎo)致對工件很難進(jìn)行均勻處理。
根據(jù)這個實施例，處理電極456被放置在更靠近離子交換劑460的位置上，以便在這個更靠近離子交換劑460的位置上產(chǎn)生相同的電位，從而抑制該電場的變化并減輕沉積物與氣泡的不利影響。此外，通過串聯(lián)連接供電電極458、處理電極456以及比處理電極456的電位更低的再生電極500，離子交換劑460的再生就能夠與工件的處理同時進(jìn)行。
為了進(jìn)行均勻的處理/再生，工件W的表面、處理電極456、再生電極500以及下述的中間電極505最好彼此平行。而且也希望離子交換劑460的厚度均勻。
舉例來說，當(dāng)在具有再生組件490a的處理電極456這一側(cè)對離子交換劑(陽離子交換劑)460進(jìn)行再生時，一個再生電壓經(jīng)由一個再生電源506被加到作為一個陽極的處理電極456與作為一個陰極的一個再生電極500之間。通過如此在處理電極456與再生電極500之間強(qiáng)制流過一個電流，在離子交換劑460中聚集的離子處理產(chǎn)物(雜質(zhì)離子)就會穿過處理電極456與隔板492、502，并移動到排放部分494a。通常，一個處理電源因為它需要CC(恒流)和CV(恒壓)控制而很昂貴。但從另一方面講，再生電源506不需要這種控制，所以能夠使用不太貴重的電極。
如上所述，向再生組件490a的排放部分494a供應(yīng)的是具有高導(dǎo)電系數(shù)(譬如不低于50μS/cm)的、不會通過與從離子交換劑460中除去的離子產(chǎn)生的反應(yīng)而形成一種難溶或不溶化合物的排放液體，譬如具有1％或更高重量濃度的硫磺酸。盡管這個實施例利用一個被連接到處理電源484的陰極的電極來作為處理電極456，但也能夠利用一個不連接到電源的、所謂的浮動電極。即使利用一個浮動電極來作為該處理電極，也能夠在該浮動電極的表面產(chǎn)生相同的電位。根據(jù)這個實施例，由離子交換劑構(gòu)成的兩個隔板492、502被安放在處理電極456的兩側(cè)。所以，即使隔板492、502中的一個破裂，另一個仍能夠防止該排放液體(通常是電解液)向片基W(工件)的表面泄漏。
圖24A表示另一個處理電極部件504a。處理電極部件504a包括一個網(wǎng)眼型中間電極505。隔板492被夾在處理電極456與中間電極505之間。中間電極505被連接到一個牽引電源(drawing power source)508的陽極，而處理電極456被連接到該牽引電源508的陰極。本文的處理電極是指被連接到處理電源的處理電極的一個電極。電極456和電極505都可以被連接到該處理電極的處理電極(根據(jù)這個實施例是陰極)。被連接到該處理電源的陰極的電極成為一個處理電極，而另一個電極在它被放置在該處理電極的工件這一側(cè)時則成為一個中間電極，而當(dāng)它被放置在該處理電極的排放部分這一側(cè)時則成為一個緩沖電極。此外，根據(jù)這個實施例，處理電極部件504a被支撐在支撐裝置510上，而支撐裝置510則被垂直放置在排放部分494a中。
如此將中間電極505插入一個工件與處理電極456之間，就能夠使位于比處理電極456更接近工件的位置上的中間電極的表面的電位不變，從而穩(wěn)定該工件附近的電位與電場，并穩(wěn)定該處理效率。在這種情況下，施加在處理電極456與中間電極505之間的電壓就會低于施加在該工件與處理電極456之間的電壓。
此外，通過將處理電極部件504a(即處理電極456、中間電極505與隔板492)支撐在支撐裝置510上，隔板492的定位與固定就能借助剛性電極456、505自動進(jìn)行。這樣就不需要提供用來固定隔板492的結(jié)構(gòu)，于是就能夠簡化該結(jié)構(gòu)。
圖24B表示又一個處理電極部件504b。處理電極部件504b包括處理電極456與再生電極500之間的一個緩沖電極505a來作為用于調(diào)節(jié)它們之間的電位的一個電極。在這種情況下，就不提供一個漏電極，而且隔板492被夾在處理電極456與緩沖電極505a之間。排放部分494a這一側(cè)的緩沖電極505a是一個所謂的浮動電極。浮動電極505a具有一個電位，該電位由與該工件表面電位或與該再生電極表面的電位差以及其他環(huán)境因素決定，而且浮動電極505a能夠在該電極表面產(chǎn)生相同的電位。所以，使用這樣一個緩沖電極就能夠?qū)崿F(xiàn)該離子交換劑的均勻再生。
圖25表示另一個再生部件490b。根據(jù)這個實施例，該離子交換劑包括兩組離子交換劑。表面?zhèn)鹊牡谝唤M離子交換劑460是由一個表面層460a與一個背面層460b構(gòu)成的一個薄片，第二組離子交換劑492是由一個頂層492a、一個中間層492b與一個底層492c構(gòu)成的一個三層薄片。所以，整個離子交換劑是一種五層結(jié)構(gòu)。第二組離子交換劑492也起一個隔板的作用。這樣的一個薄片提高了離子交換劑460的剛度，并提高了該離子交換能力。再生部件460b提供未被連接到該處理電源的網(wǎng)眼形浮動電極407來作為一個中間電極。
由支撐裝置510支撐的浮動電極部件509覆蓋了一個排放部分494b的頂部開口，而排放部分494b的底部提供了一個電極511來作為一個處理電極，而且也作為一個再生電極。在排放部分494b，還提供了攪拌葉片514，受電動機(jī)512的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)并攪拌排放部分494b中的排放液體。此外，根據(jù)這個實施例，用于排放污染物的排放液體從一條排放液體供應(yīng)管線516被供應(yīng)到排放部分494b，而且排放部分494b中的排放液體從一條排放液體排放管線518排出。希望排放液體供應(yīng)管線516能夠做到挨近該隔板供應(yīng)新鮮排放液體。
此外，盡管未曾畫出，但在第一組離子交換劑460與第二組離子交換劑492之間也可以放置一個附加的網(wǎng)眼型浮動電極。這樣一個附加的浮動電極能夠在更接近離子交換劑460的位置上產(chǎn)生相同的電位，從而抑制該電場的變化并減輕沉積物與氣泡的不利影響。
通過在排放部分494b如此放置攪拌葉片514并用攪拌葉片514強(qiáng)制攪拌排放部分494b中的排放液體，就能夠防止電解處理時在處理/再生電極511表面產(chǎn)生的氣泡(銅的除去處理中的氫氣泡)附著到隔板492、502，而且阻止它們妨礙形成一個均勻的電場以及阻止它們妨礙本身的離子交換反應(yīng)。
圖26表示用于排放污染物的排放液體的一個循環(huán)系統(tǒng)，包括圖25的再生組件490b。該循環(huán)系統(tǒng)包括排放部分494b以及用于將該排放液體保持在其中并循環(huán)該排放液體的一條循環(huán)管線520。在循環(huán)管線520中，提供了一臺循環(huán)泵522與一臺脫氣器524，被用于從該排放液體中除去在電解處理過程中產(chǎn)生的、被該排放液體吸收的氣體，并將具有已被降低的溶解氣體含量的排放液體供應(yīng)到排放部分494b。此外，連接到循環(huán)管線520的是從一個排放罐530延伸出的一條排放管線528與從一個供應(yīng)罐530延伸出的一條供應(yīng)管線534，在該供應(yīng)管線上則有一臺供應(yīng)泵532。
根據(jù)這個實施例，一種脫氣薄膜型的脫氣室被用作脫氣器524，脫氣過程利用該脫氣器按照如下方式實現(xiàn)一個壓力傳感器536所測定的一個壓力數(shù)據(jù)被輸入到一個壓力控制電路538。在一臺真空泵540與脫氣薄膜型脫氣室之間提供的一個開/關(guān)閥542的開度根據(jù)壓力控制電路538的一個輸出信號加以控制，從而將脫氣室544的壓力控制為一個固定的被降低的壓力。于是，放置在脫氣室544中的、構(gòu)成循環(huán)管線520的一部分的一個脫氣膜546的外部壓力下降，從而在脫氣膜546中流動的排放壓液體中的氣體就被除去。
如此提供循環(huán)管線520、為流過循環(huán)管線520的排放液體脫氣、并將脫氣后的排放液體供應(yīng)到排放部分494b，就能夠重新利用該排放液體。此外，通過將排放管線528與供應(yīng)管線534連接到循環(huán)管線520，就能夠用新鮮的排放液體來更換已經(jīng)失去再生能力的排放液體。該排放液體也可以不通過循環(huán)而通過批處理方式來重新加以利用。
圖27是平面視圖，表示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的電解處理裝置334，圖28是圖27的縱向剖面圖。如圖27與圖28所示，電解處理裝置334包括能夠垂直移動并沿水平面作往復(fù)運動的一個懸臂340、被支撐在懸臂340的自由端并使它的前表面朝下(面朝下)來吸取及固定片基W的一個片基固定裝置342、連接到懸臂340的一個可移動框架344、一個矩形電極組件346以及連接到電極組件346的一個處理電源348。根據(jù)這個實施例，與片基固定裝置342所固定的片基W的直徑相比，離子電極組件346被設(shè)計得具有一個更大的直徑。
如圖27與圖28所示，用于垂直移動的一臺電動機(jī)350被安裝在可移動框架344的上部，一個垂直延伸的滾珠絲杠352與用于垂直移動的電動機(jī)350相連。懸臂340的基礎(chǔ)部分340a與滾珠絲杠350嚙合，以使懸臂340受一臺用于垂直移動的電動機(jī)350的驅(qū)動并經(jīng)由一個滾珠絲杠352而上下移動?？梢苿涌蚣?44與一個水平延伸的滾珠絲杠354嚙合，以使可移動框架344與懸臂340受用于往復(fù)運動的一臺電動機(jī)356的驅(qū)動而沿一個水平面作往復(fù)運動。
片基固定裝置342被連接到在懸臂340的自由端提供的一臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)358，并能夠受一臺電動機(jī)358的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。如上所述，懸臂340適合于垂直移動并沿一個水平面作往復(fù)運動，片基固定裝置342適合于與懸臂340一道垂直移動并沿水平面作往復(fù)運動。
空心電動機(jī)360被放置在電極組件346的下方。在空心電動機(jī)360的主軸的上端部分形成了一個驅(qū)動端364，驅(qū)動端364相對于主軸362中央偏心定位。電極組件346經(jīng)由它的中央部分的一個軸承(未畫)被連接到驅(qū)動端364。在電極組件346與空心電動機(jī)360之間沿圓周方向上提供了三個或更多的防轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)。
圖29A是平面圖，表示這個實施例的防轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，圖29B則是沿圖29A的直線A-A所取的剖面圖。如圖29A與圖29B所示，在電極組件346與空心電動機(jī)360之間沿圓周方向上提供了三個或更多(圖29A中為四個)防轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)。如圖29B所示，在空心電動機(jī)360的上表面與電極組件346的下表面的相對應(yīng)的位置上，沿圓周方向按照相等的間隔形成多個凹陷368、370。在每個凹陷368、370中分別固定了軸承372、274。一個連接部件380具有彼此之間偏心度為“e”的兩根偏心軸376、378，通過將軸376、378各自的一端插入軸承372、374，連接部件380就被連接到軸承372、374。此外，在空心電動機(jī)360的主軸362的上端部分形成的、相對于主軸362中央偏心定位的一個驅(qū)動端364經(jīng)由一個軸承(未畫)按照可轉(zhuǎn)動的方式被連接到電極組件346的一個下方中央部分。該偏心度也是“e”。故而，電極組件346能夠沿一個半徑為“e”的圓作迂回移動(平移旋轉(zhuǎn)移動)。
多個電極板382在電極組件346的上表面按照給定的間距平行放置，處理電源348的陰極與陽極則被交替連接到各個電極板382，以使被連接到陰極的電極板382成為處理電極200，相反，被連接到陽極的電極板382成為供電電極201。處理電極200與供電電極201就這樣被交替放置。每個處理電極200與供電電極201的表面則分別被離子交換劑所覆蓋。
根據(jù)這個實施例，像上述實施例一樣，在該處理電極這一側(cè)提供了一個再生組件。圖30A至圖30C表示被連接到處理電源348的陰極而且成為一個處理電極600的電極板382，圖31則表示該排放液體的、用于排放污染物的、包括該再生組件在內(nèi)的分配系統(tǒng)。如圖30A至圖30C所示，在沿直線延伸并被連接到處理電源348的陰極的長處理電極(電極板)600的上部，提供了一個切口部分600a，是切去電極600的一部分但同時保留兩端部分形成的。具有“U”字形截面的離子交換劑602正好被放在處理電極600上，以使離子交換劑602覆蓋切口部分600a，從而在切口部分600a與離子交換劑602之間形成一條閉合的排放液體流動通路604。這樣就構(gòu)成了具有排放液體流動通路604的再生組件606。離子交換劑602的再生的實現(xiàn)方法是利用離子交換劑本身作為一個隔板，而且按照如上所述的相同方式，使排放液體流過排放液體流動通路604，這種液體具有一個不低于50μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)，而且不會通過與從安放在處理電極600的工件這一側(cè)表面上的離子交換劑602中除去的離子之間的反應(yīng)而形成一種難溶或不溶的化合物。
在處理電極600的兩端形成通孔600b、600c，每一個通孔都在處理電極600的端面的一端以及切口部分600a的一端具有開口。一個通孔600b被連接到從供應(yīng)罐608延伸并在管線上有一臺壓力供應(yīng)泵610的一條液體供應(yīng)管線612，另一個通孔600c被連接到管線上有一個壓力調(diào)節(jié)閥614的一條液體排放管線616。這樣就構(gòu)成了一條開放的流動管線，其中，供應(yīng)罐608中的排放液體在壓力供應(yīng)泵610的驅(qū)動下被加壓供應(yīng)到再生組件606的排放液體流動通路604，而且該排放液體在排放液體流動通路604中沿一個方向流動，并流出該系統(tǒng)。
根據(jù)這個實施例，一塊片基W由一個片基固定裝置342加以固定，片基固定裝置342下降以便將片基W帶動得靠近或接觸安放在電極組件346表面的離子交換劑。在旋轉(zhuǎn)片基固定裝置342并使電極組件346作迂回移動及往復(fù)移動時，一個電壓被加到處理電極600與供電電極601之間，同時，處理液體(譬如純水或超純水)被供應(yīng)到片基W的表面，從而進(jìn)行電解處理。電解在該工件與覆蓋處理電極600的離子交換劑302彼此靠近或彼此接觸的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。在電解處理過程中，在用壓力調(diào)節(jié)閥614調(diào)節(jié)閥門614的上游側(cè)壓力的同時，該排放液體被加壓供應(yīng)到再生組件606的排放液體流動通路604，從而使離子交換劑602中吸收的反應(yīng)產(chǎn)物流入該排放液體。在該處理過程中，排放液體流動通道604內(nèi)的排放液體中可能由于水的電解而產(chǎn)生氣泡。如果在該處理過程中壓力調(diào)節(jié)閥614被完全關(guān)閉，氣泡或氣體就可能滯留在排放液體流動通路604內(nèi)而使處理效率下降，情況也許是離子交換劑602可能由于該排放液體的膨脹而破裂。故而，希望在該處理過程中以使所產(chǎn)生的氣泡或氣體不影響該處理的流率來連續(xù)供應(yīng)該排放液體，而且將該排放液體與這些氣泡一道從排放液體流動通道604中排出。
當(dāng)氣泡或氣體大量產(chǎn)生時，必須以高流率來供應(yīng)該排放液體。所以，可能會出現(xiàn)這樣一種情況該排放液體作為廢液被排放，但同時該液體仍具有足夠的處理能力。故而，希望調(diào)整該排放液體的濃度，以使該流率滿足每單位時間所需的處理能力。廢液的數(shù)量可以在處理過程中按下面敘述的方法通過循環(huán)該排放液體來降低。
圖32表示該排放液體的、用于排放污染物的另一個分配系統(tǒng)，包括圖30A至圖30C以及圖31所示的再生組件606。根據(jù)這個實施例，處理電極600兩端提供的通孔600b、600c通過循環(huán)管線620加以連接。在調(diào)節(jié)管線620上位于處理電極600兩端處所提供的壓力供應(yīng)泵610與壓力調(diào)節(jié)閥614之間，安放了一個排放液體再生組件622以及一臺脫氣器624，該排放液體再生組件提供了一個用于再生該排放液體的液體再生電極，該脫氣器被用于除去該排放液體中所吸收的氣泡或氣體。舉例來說，在銅的電解過程中，溶解在該排放液體中的銅沉淀到排放液體再生組件622中。這樣就形成了一條閉合回路，其中該排放液體在壓力供應(yīng)泵610的驅(qū)動下被供應(yīng)到再生組件606、然后被傳送到對該液體進(jìn)行脫氣的脫氣器624，而且，該已脫氣的排放液體被傳送到該液體在其中被再生的排放液體再生組件622，該已再生的液體則被返回壓力供應(yīng)泵610。這樣，該排放液體就能夠被重新利用。
在再生組件622之前與之后提供了用于防止處理電極600與該排放液體再生組件622中提供的液體再生電極之間發(fā)生短路的絕緣組件，從而能在防止短路的同時由再生組件622有效地進(jìn)行該排放液體的再生。
圖33與圖34表示具有又一個再生組件606a的一個電極組件。這個實施例利用一個兩層薄片來作為離子交換劑602，該兩層薄片包括由具有表面光滑度與柔性的一種薄膜型離子交換劑構(gòu)成的一個表面層602a以及由具有高離子交換能力的一種彈性離子交換劑構(gòu)成的一個背面層602b，離子交換劑602則在它與處理電極600之間形成排放液體流動通路604。此外，在排放液體流動通路604中提供了一個支撐裝置626來支撐處于扁平狀態(tài)的離子交換劑602。在支撐裝置626的一些位置上提供了通孔626a。根據(jù)這個實施例，表面層602a的離子交換劑起一個隔板的作用。
這樣一種兩層結(jié)構(gòu)的離子交換劑602因為背面層602b具有高離子交換能力而具有提高的總體離子交換能力。此外，因為該彈性，即使在該電解處理過程中施加了一個額外的壓力，也能夠防止離子交換劑602被損壞。當(dāng)電解液被用來作為流過排放液體流動通路604的排放液體時，可以使用能被離子滲透、但不能被液體滲透的一種離子交換劑來作為表面層602a。當(dāng)下面所述的離子交換液體被用來作為該排放液體時，在該排放液體中的離子交換劑沒有裂穿的情況下，該表面層602a可以允許水的滲透。提供支撐裝置626就保證了排放液體流動通路604的形成，并能夠在該支撐裝置上形成該離子交換劑的薄片結(jié)構(gòu)。
圖35表示圖33與圖34所示的再生組件的一個變體。根據(jù)這個實施例，由薄膜形離子交換劑構(gòu)成的一個隔板626b被安裝在兩層結(jié)構(gòu)離子交換劑602的背面，而具有隔板626b的離子交換劑602則由排放液體流動通路604中提供的一個支撐裝置628加以支撐。提供支撐裝置628就能夠使用一種薄膜型離子交換劑來作為離子交換劑602，而且能夠使這樣一種薄膜型離子交換劑602與工件W柔性接觸。為了對該工件上要被處理的表面由于工件尺寸、該工件與該離子交換劑之間的相對移動等所引起的變化作出反應(yīng)，這種柔性是必要的。
支撐裝置628具有若干通孔628a。支撐裝置628能夠?qū)㈦x子交換劑602固定在繃緊狀態(tài)。由于離子交換劑602的張力與彈性，工件W(譬如一塊片基)能夠在該工件的整個表面上接觸離子交換劑602的表面。根據(jù)圖35的實施例，表面層602a與隔板626b這兩層起一個隔板的作用。如果這兩層中有一層破裂，仍能夠保持該排放液體不泄漏到該工件這一側(cè)。
當(dāng)離子交換劑602的離子交換能力達(dá)到它的極限時，離子處理產(chǎn)物就被流過排放液體流動通路604的排放液體所吸收，從而離子交換劑602得以再生。該再生能夠消除或者至少減少交換覆蓋處理電極600表面的離子交換劑602所需的時間與勞力。根據(jù)這個實施例，表面層602a與背面層602b都使用離子交換劑，因為它們滿足電化學(xué)不活潑性、彈性以及離子滲透性的要求。如果這些要求得到滿足，也可以使用其他材料。
當(dāng)支撐裝置628由與處理電極600的材料不同的、電化學(xué)不活潑的絕緣材料(譬如聚四氟乙烯)制造時，對該工件的供電通過該離子交換劑進(jìn)行，所以處理產(chǎn)物能夠被該排放液體有效地吸收。此外，能夠形成由這樣一種離子交換劑構(gòu)成的隔板626b，能夠允許純水在該隔板上(就是說，沿背面層602b)流動，并允許該排放液體在隔板下方(就是說，通過排放液體流動通路604)流動。這樣就能夠使通常有害的排放液體離開該處理表面，而且，如果提供該處理表面的離子交換劑破裂，也能夠防止該排放液體穿過隔板626b流到該工件這一側(cè)。當(dāng)電解液被用來作為流過排放液體流動通路604的排放液體時，可以使用能被離子滲透、但不能被液體滲透的離子交換劑來作為表面層602a。當(dāng)下面所述的離子交換液體被用來作為該排放液體時，在該排放液體中的離子交換劑沒有裂穿的情況下，表面層602a可以允許水的滲透。
圖36至圖38表示電解處理裝置的又一個電極組件。這些附圖表示一個單元，包括整個電極組件的、由一個處理電極與一個供電電極組成的一對電極。如圖27所示，該實際或整個電極組件通常是正方形，而且包括多個平行安放的單元。這整個電極組件在被用于電解處理時能夠旋轉(zhuǎn)或作迂回移動。根據(jù)這個實施例，該處理電極這一側(cè)的離子交換劑被再生，而純水被用來作為一種處理液體。
該電極組件包括一個電極板640。在電極板640的上表面，要被連接到處理電源的陰極的一個長處理電極642與要被連接到該處理電源的陽極的一個長供電電極644被平行放置。在處理電極642的兩端，都放置了一對長純水噴嘴646。
向下開口的、具有一個馬蹄形截面并幾乎沿處理電極642全長延伸的一個支撐裝置648被安裝在處理電極642的上表面。一個幾乎沿處理電極642全長延伸的排放液體流動通路650由支撐裝置648的凹陷部分組成。支撐裝置648在其上部具有在長度方向上以給定間距排列的開口648a。支撐裝置648的上表面被由一個表面層652a與一個三層薄片652b組成的離子交換劑652覆蓋。離子交換劑652的表面層652a被用來作為一個隔板。在處理電極642的一些部分提供了垂直延伸的液體供應(yīng)通路642a。在電極板640內(nèi)部提供了被連接到一個排放液體引入/排出通路640a的液體供應(yīng)通路642a。被連接到一條液體供應(yīng)管線的一個排放液體引入接口654與被連接到液體排放管線的排放液體排出接口656都被連接到排放液體引入/排出通路640a。
該排放液體經(jīng)由被連接到排放液體引入接口654的液體供應(yīng)管線被引入排放液體流動通路650。被引入排放液體流動通路650的排放液體流過通路650，同時，部分地穿過開口648a并達(dá)到離子交換劑652，而且從被連接到排放液體排出接口656的液體排放管線排出。
在電極板640的上方，在處理電極642的端表面上提供了通孔642b，每個通孔都在電極板640的端表面上以及在排放液體流動通路650上開口。被連接到——譬如說——圖30A至圖30C以及圖31所示的排放液體排放管線616的許多排放液體排出接口660被分別連接到通孔642b。上述結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒃撆欧乓后w以使處理過程中產(chǎn)生的氣泡或氣體不影響該處理的流率連續(xù)地供應(yīng)到排放液體流動通路650，而且能夠?qū)⒃撆欧乓后w連同這些氣泡或氣體一道從該排放流動通路650排出。
另一方面，在供電電極644內(nèi)部，形成了一條沿供電電極644全長延伸的純水流動通路644a。供電電極644的上表面被由一個表面層662a與一個三層薄片662b組成的離子交換劑662覆蓋。在供電電極644的一些位置提供了從純水流動通路644a延伸并達(dá)到供電電極644的上表面的通孔644b。此外，盡管未畫，但在電極板640內(nèi)部以及供電電極644中提供了被連接到純水流動通路644a的純水通路。被連接到純水供應(yīng)管線的純水引入接口664被連接到該純水通路。
純水經(jīng)由被連接到純水引入接口664的純水供應(yīng)管線被引入純水流動通路644a。被引入純水流動通路644a的純水流過純水流動通路644a，同時，部分地穿過通孔644b、到達(dá)離子交換劑662，并從離子交換劑662的表面泄漏出來。
在每個純水噴嘴646的內(nèi)部，提供了一條沿水噴嘴646全長延伸的一條純水流動通路646a。在純水噴嘴646中沿長度方向按照給定的間距提供了純水噴射孔板646b，連接到純水流動通路646a并將純水噴向離子交換劑652。通過將純水供應(yīng)到純水流動通路646a，純水就從純水噴射孔板646b主要噴向覆蓋處理電極642的上表面的離子交換劑652的上表面。
其上安裝了離子交換劑652的處理電極642以及放置在處理電極642兩端的成對純水噴嘴646通過從純水噴嘴646外部將旋塞672緊固到安置在處理電極642下部兩側(cè)的旋塞桿670而被組合到一起。離子交換劑652的表面層被放置得使它能夠幾乎覆蓋處理電極642的整個表面。表面層652a的側(cè)面部分被放置在處理電極642與純水噴嘴646之間。此外，處理電極642與離子交換劑表面層652a用一個插在其間的O形環(huán)674加以緊固，從而處理電極642與離子交換劑表面層(隔板)652a之間的排放液體流動通路650就變得不漏水。
如此組合的處理電極642與純水噴嘴646被夾在一對插板676之間并被固定到電極板640。另一方面，其表面被離子交換劑662的表面層662a所覆蓋的供電電極644則被夾在一對固定板678之間并被固定到電極板640。
根據(jù)這個實施例，在使覆蓋了處理電極642表面的離子交換劑652與覆蓋了供電電極644表面的離子交換劑662靠近或接觸工件、并在處理電極642與供電電極644之間施加一個電壓的同時，純水被供應(yīng)到處理電極642的離子交換劑652的表面以及供電電極644的離子交換劑662的表面，同時，該排放液體以使處理過程中產(chǎn)生的氣泡或氣體不影響該處理的流率被連續(xù)地供應(yīng)到排放液體流動通路650，從而用該排放液體注滿處理電極642的排放液體流動通路650，并將該排放液體與這些氣泡一道排出通路650。于是，該工件的處理與覆蓋處理電極642的離子交換劑652的再生就能夠同時進(jìn)行。
盡管上述實施例使用具有導(dǎo)電系數(shù)(譬如不低于50μS/cm)的電解液來作為該排放液體，但也能夠使用包含一個離子交換組的液體來作為該排放液體。包含一個離子交換組的排放液體的示例可以包括本身具有流動性的離子交換劑以及通過將具有一個高離子交換能力的離子交換劑研磨成粉、并將該研磨后的產(chǎn)物與液體(譬如純水)混合所得的一種液體。
根據(jù)本發(fā)明，如上所述，離子交換劑的再生可以通過電化學(xué)組件并與電解處理平行運行來方便、快速地進(jìn)行。這樣就不需要為交換離子交換劑來停止處理，而且能夠增加產(chǎn)出。此外，本發(fā)明能夠使已再生的離子交換劑受化學(xué)液體的污染最小并能夠使清洗已再生的離子交換劑的負(fù)荷最小，而且能夠消除獨立提供一個再生組件的需要，并減少安裝空間。
盡管本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例已經(jīng)被詳細(xì)地演示并說明，但應(yīng)當(dāng)理解，可以在其中進(jìn)行各種變化與修改而不偏離所附權(quán)利要求的范圍。
工業(yè)實用性本發(fā)明涉及一種用于再生離子交換劑的方法與設(shè)備，在用于處理一塊片基(譬如一塊半導(dǎo)體晶片)表面的導(dǎo)電材料以及除去附著到該片基表面的雜質(zhì)的電解處理中，該方法與設(shè)備能夠用電化學(xué)方法除去在該電解處理中所用的離子交換劑中被吸收的金屬或其他離子，從而對該離子交換劑進(jìn)行再生。
權(quán)利要求
1.一種用于對供電解使用的離子交換劑進(jìn)行再生的方法，包括提供一對電極和要被再生的、放置在該對電極之間的離子交換劑；以及將電壓加到該對電極之間并同時在它們之間供應(yīng)液體，從而再生該離子交換劑。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中該液體是超純水、純水、具有不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體或者電解液。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中供再生的離子交換劑被放置在要被再生的離子交換劑與這些電極中的至少一個電極之間。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中供再生的離子交換劑有一個離子交換組，該離子交換組與要被再生的離子交換劑的離子交換組具有相同的極性。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中當(dāng)該要被再生的離子交換劑與該供再生的離子交換劑為陽離子交換劑時，放置在該要被再生的離子交換劑這一側(cè)的電極是一個陽極；當(dāng)兩者都是陰離子交換劑時，則是一個陰極。
6.一個用于對放置在電極之上、供電解處理使用的離子交換劑進(jìn)行再生的設(shè)備，包括再生組件，包含一個再生電極；再生電源，被用于將電壓加到該電極與該再生電極之間；以及液體供應(yīng)組件，被用于將液體供應(yīng)到該電極與該再生電極之間；其中該要被再生的離子交換劑被放置在該電極與該再生電極之間。
7.如權(quán)利要求6的設(shè)備，其中該液體是超純水、純水、具有一個不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體或者電解液。
8.如權(quán)利要求6的設(shè)備，還包括放置在該要被再生的離子交換劑與該再生電極之間的、供再生的離子交換劑。
9.如權(quán)利要求8的設(shè)備，其中供再生的離子交換劑有一個離子交換組，該離子交換組與該要被再生的離子交換劑的離子交換組具有相同的極性。
10.如權(quán)利要求9的設(shè)備，其中放置在該要被再生的離子交換劑這一側(cè)的電極當(dāng)該要被再生的離子交換劑與該供再生的離子交換劑為陽離子交換劑時是一個陽極，而當(dāng)兩者都是陰離子交換劑時是一個陰極。
11.如權(quán)利要求6的設(shè)備，其中該要被再生的離子交換劑與該供再生的離子交換劑中至少有一種是由多種離子交換材料構(gòu)成的一個薄片。
12.如權(quán)利要求6的設(shè)備，還包括用于在該電壓被加到該電極與該再生電極之間時監(jiān)視該電解電流與時間以及/或者該電量的一個監(jiān)視器。
13.一種用于對被污染離子交換劑進(jìn)行再生的方法，包括提供一個再生電極與一個反電極、放置在該再生電極與該反電極之間的一個隔板以及放置在該反電極與該隔板之間的要被再生的一種離子交換劑；以及將電壓加到該再生電極與該反電極之間，與此同時，將液體供應(yīng)到該隔板與該再生電極之間，而且也將液體供應(yīng)到該隔板與該反電極之間。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中該隔板包括離子交換劑。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中該隔板當(dāng)該要被再生的離子交換劑為陽離子交換劑時是一種陽離子交換劑，而當(dāng)該要被再生的離子交換劑為陰離子交換劑時則是一種陰離子交換劑。
16.如權(quán)利要求13的方法，其中該再生電極當(dāng)該要被再生的離子交換劑為陽離子交換劑時是一個陰極，而當(dāng)該要被再生的離子交換劑為陰離子交換劑時則是一個陽極。
17.如權(quán)利要求13的方法，其中供應(yīng)到該隔板與該反電極之間的液體是超純水、純水或具有一個不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體。
18.如權(quán)利要求13的方法，其中供應(yīng)到該隔板與再生電極之間的液體是具有一個不低于50μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體，不會通過與從該要被再生的離子交換劑中除去的離子產(chǎn)生的反應(yīng)而形成一種難溶或不溶的化合物。
19.一個用于對離子交換劑進(jìn)行再生的設(shè)備，包括被彼此相對放置的一個再生電極與一個反電極；被放置在該再生電極與該反電極之間的一個隔板；用于將電壓加到該再生電極與該反電極之間的電源；以及用于將液體供應(yīng)到該隔板與該再生電極之間以及/或者該隔板與該反電極之間的液體供應(yīng)組件；其中，要被再生的離子交換劑被放置在該隔板與該再生電極之間。
20.如權(quán)利要求19的設(shè)備，其中該隔板包括離子交換劑。
21.如權(quán)利要求20的設(shè)備，其中該隔板當(dāng)該要被再生的離子交換劑為陽離子交換劑時是一種陽離子交換劑，而當(dāng)該要被再生的離子交換劑為陰離子交換劑時則是一種陰離子交換劑。
22.如權(quán)利要求19的設(shè)備，其中該再生電極當(dāng)該要被再生的離子交換劑為陽離子交換劑時是一個陰極，而當(dāng)該要被再生的離子交換劑為陰離子交換劑時則是一個陽極。
23.如權(quán)利要求19的設(shè)備，其中供應(yīng)到該隔板與該反電極之間的液體是超純水、純水或具有一個不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體。
24.如權(quán)利要求19的設(shè)備，其中供應(yīng)到該隔板與再生電極之間的液體是具有一個不低于50μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體，不會通過與從該要被再生的離子交換劑中除去的離子產(chǎn)生的反應(yīng)而形成一種難溶或不溶的化合物。
25.如權(quán)利要求19的設(shè)備，還包括用于當(dāng)該電壓被加到該電極板與該再生電極之間時監(jiān)視該電解電流與時間以及/或者該電量的一個監(jiān)視器。
26.一種電解處理裝置，包括能夠靠近或接觸工件的處理電極；用于向該工件供電的供電電極；在該處理電極與該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的一種離子交換劑；在該離子交換劑與上述處理電極和供電電極中提供離子交換劑的至少一個電極之間提供的一個再生組件；用于將處理電壓加到該處理電極與該供電電極之間的處理電源；以及處理液體供應(yīng)組件，用于將供電解處理的處理液體供應(yīng)到該工件與上述處理電極和供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間。
27.如權(quán)利要求26的電解處理裝置，其中該再生組件包括被放置得靠近或接觸該離子交換劑的隔板；在該隔板與該處理電極和該供電電極中至少一個電極之間形成的排放部分；以及用于將排放液體供應(yīng)到該排放部分的、用于排放該離子交換劑中所含污染物的排放液體供應(yīng)組件。
28.如權(quán)利要求27的電解處理裝置，其中該隔板包括一種離子交換劑。
29.如權(quán)利要求28的電解處理裝置，其中該隔板當(dāng)在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的離子交換劑為陽離子交換劑時是一種陽離子交換劑，而當(dāng)在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的離子交換劑為陰離子交換劑時是一種陰離子交換劑。
30.如權(quán)利要求26的電解處理裝置，其中該處理液體是超純水、純水或具有一個不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體。
31.如權(quán)利要求27的裝置，其中該排放液體是具有一個不低于50μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體，不會通過與從該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的離子交換劑中除去的離子產(chǎn)生的反應(yīng)而形成一種難溶或不溶的化合物。
32.一種電解處理裝置，包括能夠靠近或接觸工件的處理電極；用于向該工件供電的供電電極；在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的一種離子交換劑；再生組件，包括一個再生電極與一個使排放液體在其中流過的排放部分，上述排放部分在該再生電極與上述處理電極和供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間形成；用于將電壓加到該處理電極與該供電電極之間的處理電源；以及處理液體供應(yīng)組件，被用于將供電解處理的處理液體供應(yīng)到該工件與上述處理電極和供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間。
33.如權(quán)利要求32的電解處理裝置，還包括該離子交換劑與上述處理電極和供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間的以及/或者該再生電極與上述處理電極和供電電極之一之間的一個隔板。
34.如權(quán)利要求32的電解處理裝置，其中上述處理電極和供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極的兩側(cè)提供了該隔板。
35.如權(quán)利要求33的電解處理裝置，其中上述處理電極和供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極與該隔板接觸并被支撐與固定在一個支撐裝置上。
36.如權(quán)利要求32的電解處理裝置，其中上述處理電極和供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極具有用于讓該排放液體或該處理液體流過的一個通孔。
37.如權(quán)利要求32的電解處理裝置，還包括該工件與上述處理電極和供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間的一個中間電極。
38.如權(quán)利要求37的電解處理裝置，其中該中間電極與上述處理電極和供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極被連接到一個中間電源。
39.如權(quán)利要求38的電解處理裝置，其中該中間電極是未被連接到電源的一個浮動電極。
40.如權(quán)利要求37的電解處理裝置，其中該中間電極具有用于讓該排放液體或該處理液體流過的一個通孔。
41.如權(quán)利要求37的電解處理裝置，其中該中間電極與離子交換劑或一個隔板層壓在一起。
42.如權(quán)利要求32的電解處理裝置，其中該排放部分提供強(qiáng)制攪拌該排放部分內(nèi)的排放液體的攪拌裝置。
43.如權(quán)利要求32的電解處理裝置，還包括一臺用于使該排放液體脫氣的脫氣器。
44.一種電解處理方法，包括提供處理電極、供電電極、在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的一種離子交換劑、以及在該離子交換劑與上述處理電極和供電電極中至少一個電極之間形成的再生組件；允許該處理電極靠近或接觸該工件，與此同時，從該供電電極向該工件供電；將供電解處理的處理液體供應(yīng)到該工件與上述處理電極和供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間；以及將處理電壓加到該處理電極與該供電電極之間，從而同時由該處理電極進(jìn)行該工件的電解處理以及由該再生組件進(jìn)行該離子交換劑的再生。
45.如權(quán)利要求44的電解處理方法，其中由該再生組件進(jìn)行該離子交換劑的再生所用的方法是使該離子交換劑中的雜質(zhì)離子穿過一個隔板，將該雜質(zhì)離子引入一個排放部分，而且通過供應(yīng)到該排放部分的、用于排放污染物的排放液體的流動而將該雜質(zhì)離子排出該系統(tǒng)。
46.如權(quán)利要求45的電解處理方法，其中該隔板包括離子交換劑。
47.如權(quán)利要求46的電解處理方法，其中該隔板當(dāng)在該處理電極和該供電電極中至少上一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的離子交換劑為陽離子交換劑時是一種陽離子交換劑，而當(dāng)在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的離子交換劑為陰離子交換劑時是一種陰離子交換劑。
48.如權(quán)利要求44的電解處理方法，其中該處理液體是超純水、純水或具有一個不高于500μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體。
49.如權(quán)利要求44的裝置，其中該排放液體是具有一個不低于50μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)的液體，不會通過與從該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的離子交換劑中除去的離子產(chǎn)生的反應(yīng)而形成一種難溶或不溶的化合物。
50.一種電解處理裝置，包括能夠靠近或接觸工件的處理電極；用于向該工件供電的供電電極；在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的一種離子交換劑；排放液體流動通路，在該離子交換劑與上述處理電極和供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間形成，并被用于讓用來排放該離子交換劑中所含污染物的排放液體流過；用于將處理電壓加到該處理電極與該供電電極之間的處理電源；以及處理液體供應(yīng)組件，被用于將供電解處理的處理液體供應(yīng)到該工件與上述處理電極和供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間。
51.如權(quán)利要求50的電解處理裝置，其中在該排放液體流動通路中提供了用于支撐扁平狀態(tài)的離子交換劑的支撐裝置。
52.如權(quán)利要求50的電解處理裝置，其中該離子交換劑是由兩層或更多層構(gòu)成的多層薄片，包括由薄膜形式的一種離子交換劑構(gòu)成的前表面層以及由具有高離子交換能力的彈性離子交換劑構(gòu)成一個中間或背面層。
53.如權(quán)利要求50的電解處理裝置，其中該排放液體具有一個不低于50μS/cm的導(dǎo)電系數(shù)。
54.如權(quán)利要求50的電解處理裝置，其中一個隔板在該排放液體流動通路中被放置得靠近或接觸該離子交換劑。
55.如權(quán)利要求54的電解處理裝置，其中該隔板包括一種離子交換劑。
56.如權(quán)利要求54的電解處理裝置，其中該隔板具有一個通孔。
57.如權(quán)利要求50的電解處理裝置，還包括一個用于對已經(jīng)流過該排放液體流動通路以及流出該流動通路的排放液體進(jìn)行再生的排放液體再生組件。
58.如權(quán)利要求57的電解處理裝置，其中該排放液體再生組件提供了與要被再生的排放液體電氣隔離的液體再生電極。
59.如權(quán)利要求58的電解處理裝置，其中在一條連接該排放液體通路入口與出口的循環(huán)管線中提供了該排放液體再生組件，而且該循環(huán)管線提供了一臺脫氣器。
60.一種電解處理裝置，包括能夠靠近或接觸工件的處理電極；用于向該工件供電的供電電極；在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的一種離子交換劑；排放液體流動通路，在該離子交換劑與上述處理電極和供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間形成，并被用于讓含有離子交換組的、用于排放污染物的排放液體流過；用于將處理電壓加到該處理電極與該供電電極之間的處理電源；以及處理液體供應(yīng)組件，被用于將供電解處理的處理液體供應(yīng)到該工件與上述處理電極和供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間。
61.一種電解處理方法，包括提供處理電極、供電電極以及在該處理電極和該供電電極中至少一個電極的工件一側(cè)的表面上提供的一種離子交換劑；允許該處理電極接近或接觸工件，并同時從該供電電極向該工件供電；以及將處理電壓加到該處理電極與該供電電極之間，與此同時，將用于排放污染物的、包含一個離子交換組的排放液體供應(yīng)到在該離子交換劑與上述處理電極和供電電極中提供該離子交換劑的至少一個電極之間形成的一個排放液體流動通路，而且也將供電氣處理的處理液體供應(yīng)到該工件與上述處理電極和供電電極中存在該離子交換劑的至少一個電極之間，從而進(jìn)行該工件的處理。
全文摘要
一種用于再生離子交換劑的方法與設(shè)備，該方法與設(shè)備能夠方便、快速地再生一種離子交換劑，并能夠使清洗該已再生的離子交換劑以及處理廢液時的負(fù)荷最小。一種用于再生被污染的離子交換劑的方法包括提供由一個再生電極與一個反電極構(gòu)成的一對電極、放置在這些電極之間的一個隔板以及放置在該反電極與該隔板之間的一個要被再生的電極；以及將電壓加到該再生電極與該反電極之間，與此同時，將液體供應(yīng)到該隔板與該再生電極之間，而且也將液體供應(yīng)到該隔板與該反電極之間。
文檔編號B01J49/00GK1617955SQ02827689
公開日2005年5月18日 申請日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者齊藤孝行, 鈴木作, 槙田裕司, 山田薰, 白樫充彥, 當(dāng)間康, 小田嚴(yán)貴, 粂川正行, 安田穗積, 鍋谷治, 廣川一人 申請人:株式會社荏原制作所