电镀液回流装置及电镀装置的制作方法

1.本发明涉及微电子制造领域，特别是涉及一种电镀液回流装置及电镀装置。


背景技术：

2.电镀工艺中电镀液稳定性的控制对于保证镀层的质量与均一性来说至关重要，而电镀液中气泡的控制是影响电镀液及电镀工艺稳定性的关键因素，电镀液中混入气泡一方面因气泡内含有氧气，可能会使电镀液中添加剂氧化分解，导致镀液不稳定，影响电镀速率；另一方面，气泡随着循环系统进入电镀工艺腔内，晶圆水平电镀时接触气泡的位置将会出现空穴，即有气泡的位置晶圆上很难进行电镀。
3.在实际的电镀工艺过程中，电镀液从电镀工艺腔回流至储液槽的过程中极易发生气泡的引入。因此，有必要设计一种电镀液回流装置，以有效避免电镀液从电镀工艺腔回流至储液槽的过程中产生气泡，提高电镀工艺的效率及工艺稳定性。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电镀液回流装置及电镀装置，用于解决现有技术的电镀工艺过程中，电镀液从电镀工艺腔回流至储液槽的过程中极易发生气泡的引入，导致电镀工艺的效率及工艺稳定性较低等的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电镀液回流装置，所述电镀液回流装置至少包括：子电镀液回流装置及储液槽；其中，
6.所述子电镀液回流装置包括：溢流槽，密封集液漏斗，液位计，回流管路，阀门；
7.所述溢流槽设置于电镀工艺腔中的主反应槽的外围，主反应槽中的电镀液溢流至所述溢流槽内；
8.所述溢流槽的底部设有回流口，并通过所述回流口与所述密封集液漏斗连通；
9.所述液位计用于测量所述溢流槽的液位，所述液位计中设置有两个液位点；
10.所述回流管路设置于所述密封集液漏斗与所述储液槽之间，所述回流管路上设置有所述阀门，所述阀门基于两个所述液位点控制所述回流管路的开度，通过所述回流管路的开度将所述溢流槽的液位控制在所述两个液位点之间。
11.可选地，通过所述两个液位点使所述主反应槽的顶端与所述溢流槽的液面之间的距离介于5mm～100mm之间和/或通过所述两个液位点使所述溢流槽的液位不小于20mm。
12.可选地，所述子电镀液回流装置还包括测量管路，所述测量管路连通所述密封集液漏斗和所述溢流槽，所述液位计设置在所述测量管路上。
13.可选地，所述测量管路的下端插入所述密封集液漏斗的底部，且所述测量管路的下端开口为斜面。
14.可选地，所述回流管路连通于所述密封集液漏斗的下方和/或所述回流管路连通于所述密封集液漏斗的侧壁，且所述回流管路的上端连接有弯管段，所述弯管段的进液口朝向所述密封集液漏斗的底部。
15.可选地，所述回流管路通过所述阀门分为上游管路及下游管路，所述上游管路与所述密封集液漏斗连通，所述下游管路插入所述储液槽内，所述下游管路的管径小于上游管路的管径。
16.可选地，所述回流管路通过所述阀门分为上游管路及下游管路，所述上游管路与所述密封集液漏斗连通，所述下游管路插入所述储液槽内，所述下游管路具有第一下游管路及与之连接的第二下游管路，所述第一下游管路与所述阀门连接，所述第二下游管路插入所述储液槽内；其中，
17.所述第二下游管路包括：内管，外管，安装板；
18.所述内管固定在所述安装板上，所述安装板固定在所述储液槽上；
19.所述外管同轴设置在所述内管外侧并可相对所述内管转动；
20.所述内管下部设置有第一窗口，所述外管下部设置有第二窗口，转动所述外管调节所述第一窗口和所述第二窗口的重合度以调整所述第一窗口的开度，所述第一窗口及所述第二窗口位于所述储液槽内。
21.可选地，所述下游管路插入所述储液槽内，且所述第一窗口及第二窗口位于所述储液槽内的液面之下。
22.可选地，所述第二下游管路还包括外管转动把手及刻度盘；所述外管转动把手设置于所述外管的上部，用于转动所述外管；所述刻度盘同轴固定在所述内管外侧，同时设置于所述储液槽外侧，用于观察所述第一窗口的开度。
23.可选地，所述内管的上端设置有连接件，所述内管通过所述连接件与所述第一下游管路可拆卸连接和/或所述内管与所述第一下游管路一体连接。
24.可选地，所述储液槽通过隔流板分为进液区及出液区，所述进液区的底部设有与所述出液区连通的缺口，所述第二下游管路插入所述进液区，所述第一窗口朝向其前方的所述隔流板。
25.本发明还提供一种电镀装置，述电镀装置包括如上任意一项所述的电镀液回流装置。
26.如上所述，本发明提供一种电镀液回流装置及电镀装置，通过设置所述子电镀液回流装置实现对液位的调节和控制，有效保证电镀装置正常运行时，所述溢流槽内的液位能够稳定维持在两个液位点设定的范围内，确保所述溢流槽、所述密封集液漏斗及所述回流管路的上游管路充满液体，形成密封，防止空气卷入电镀液形成气泡；另外，将所述溢流槽内的液位稳定维持在两个液位点设定的范围内，还能够减小溢流时的液位差，降低电镀液溢流时对液面的冲击造成的起泡和旋涡。
附图说明
27.图1显示为现有技术中的电镀液回流装置的结构示意图。
28.图2～图5显示为本发明的电镀液回流装置的结构示意图。
29.图6显示为图2中a虚线框中的第二下游管路的放大结构示意图。
30.图7显示为图6的主视图。
31.图8显示为沿图7中bb方向的剖视图。
32.图9显示为图6的第二下游管路中的内管及外管的结构示意图。
33.图10显示为图6的第二下游管路中的内管的结构示意图。
34.图11显示为图6的第二下游管路中的外管的结构示意图。
35.图12显示为本发明的电镀液回流装置的储液槽的俯视图。
36.图13显示为本发明的电镀液回流装置的储液槽的主视图。
37.图14显示为本发明的电镀液回流装置的储液槽的侧视图。
38.图15显示为本发明的电镀液回流装置在电镀液刚灌入储液槽未开始循环状态时的结构示意图。
39.元件标号说明
40.10
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电镀工艺腔
41.11
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电镀液
42.12
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主反应槽
43.13、20
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溢流槽
44.14、22
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液位计
45.15
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集液漏斗
46.16、24
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回流管路
47.160、240
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上游管路
48.161、241
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下游管路
49.17
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自动球阀
50.18、26
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储液槽
51.200
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回流口
52.21
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密封集液漏斗
53.23
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测量管路
54.242
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弯管段
55.243
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第一下游管路
56.244
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第二下游管路
57.25
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阀门
58.260
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进液区
59.261
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出液区
60.262
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隔流板
61.262a
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前方隔流板
62.262b
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底面隔流板
63.263
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缺口
64.30
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内管
65.300
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第一窗口
66.31
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外管
67.310
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第二窗口
68.32
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安装板
69.33
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外管转动把手
70.34
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刻度盘
71.35
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连接件
具体实施方式
72.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
73.请参阅图1至图15。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
74.如图1所示，为现有的电镀液回流装置的示意图，在晶圆制程中，通常采用多腔电镀设备用以提高生产能力，图1中示出的电镀模块具有四个电镀工艺腔10，其中，两个电镀工艺腔10位于模块的上层，另外两个电镀工艺腔10位于模块的下层，储液槽18位于模块的最下层，每个电镀工艺腔10包括主反应槽12以及位于主反应槽12外围的溢流槽13，电镀液11由储液槽18补充到主反应槽12，再由主反应槽12溢流到溢流槽13，溢流槽13的底部开有回流口以便电镀液11回流至储液槽18。通常，溢流槽13内的电镀液11先流入集液漏斗15中，再由集液漏斗15通过回流管路16(包括上游管路160及下游管路161)流至储液槽18。
75.回流系统中具有检测集液漏斗15内液位的液位计14，回流管路16上具有自动球阀17，自动球阀17根据液位信息调整球阀的开度以防止集液漏斗15液位过高或者溢出。然而，上述液位反馈模式无法对溢流槽13内的液位进行调控，溢流槽13内的液位高度很大程度上取决于溢流槽13内液体流入和流出的流量差，这导致溢流槽13内的液位不稳定，而通常溢流槽13的排液速度大于其进液速度，常会引起溢流槽13内液位偏低，例如，极易出现低于20mm的情况。
76.当溢流槽13液位偏低，尤其低于20mm时，一方面使得电镀液11溢流落差大，与溢流槽13内的电镀液11冲击产生气泡，并造成旋涡，尤其对于sn/ag这类易起泡电镀液更为明显；另一方面使得溢流槽13内的电镀液11液面距离溢流槽13的回流口较近，空气极易随着流体旋涡卷入集液漏斗15并形成气泡。
77.回流管路16一般连接在集液漏斗15的侧面，由于连接位置靠近溢流槽13的回流口，电镀液中随流体旋涡一同卷入的气泡因行程较短将会直接流入回流管路16中，来不及排出，以致气泡随电镀液循环进入工艺腔内，影响工艺稳定性。
78.此外，当前使用的回流管路16为等管径管路，在设备运行时，自动球阀17一般不会处于全开状态，多数情况处于半开，用以调控电镀液的流速，该调控方式无法确保下游管路161在工艺制程中保持液体充满状态，以致下游管路161中存在空气，液体流经时将会发生碰撞并将空气裹挟在电镀液中而产生泡沫，不仅增大循环管路上除泡器的工作载荷，还增大了气泡破坏工艺稳定性的风险。
79.发明人通过仔细研究分析以上现有电镀液回流装置的结构以及其存在的问题，提出了一种电镀液回流装置，采用该回流装置，可以有效降低电镀装置在电镀工艺的电镀液回流过程中产生气泡，从而提高电镀工艺的效率及工艺稳定性。
80.下面将结合具体的附图，对本发明的电镀液回流装置进行详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域一般技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
81.如图2至图5所示，本发明提供一种电镀液回流装置，所述电镀液回流装置至少包括：子电镀液回流装置及储液槽26；其中，
82.所述子电镀液回流装置包括：溢流槽20，密封集液漏斗21，液位计22，回流管路24，阀门25；
83.所述溢流槽20设置于电镀工艺腔10中的主反应槽12的外围，主反应槽12中的电镀液11溢流至所述溢流槽20内；
84.所述溢流槽20的底部设有回流口200，并通过所述回流口200与所述密封集液漏斗21连通；
85.所述液位计22用于测量所述溢流槽20的液位，所述液位计22中设置有两个液位点；
86.所述回流管路24设置于所述密封集液漏斗21与所述储液槽26之间，所述回流管路24上设置有所述阀门25，所述阀门25基于两个所述液位点控制所述回流管路24的开度，通过所述回流管路的开度将所述溢流槽20的液位控制在所述两个液位点之间。
87.上述电镀液回流装置的液位反馈机制如下：
88.所述液位计22中设置有两个液位点，一个低液位点(例如60mm)，一个高液位点(例如70mm)，用于测量所述溢流槽20的液位，当所述溢流槽20内的液位低于低液位点时，该阶段主要为储液阶段，电镀系统控制所述阀门25处于第一开度(例如第一开度一般为50％)；当所述溢流槽20内的液位高于低液位点且低于高液位点时，该阶段主要为液位动态平衡阶段，电镀系统控制所述阀门25处于第二开度(例如第二开度一般为56％)；当所述溢流槽20内的液位高于高液位点时，表明工艺可能出现异常，需快速将电镀液回流至储液槽，电镀系统控制所述阀门25处于第三开度(例如第三开度一般为90％)。这里第一开度、第二开度及第三开度的值根据实际情况确定，在此不作限制。
89.这里需要说明的是，上述储液阶段可以这样理解，电镀装置在正常工作情况下，本发明的电镀液回流装置通过电镀装置中的泵浦系统使阀门在第二开度和第三开度之间自适应调节，以使溢流槽中的液位保持在低液位点与高液位点之间，而在特殊情况下，例如当机器刚完成保养等情况，此时电镀装置的泵浦系统是停止的，所有管路以及槽体中没有电镀液，当打开泵浦系统时，泵浦系统会控制阀门处于所述第一开度的状态，电镀液就会在回流管路中逐渐蓄积，直到液位达到低液位点触发液位计，之后泵浦系统使阀门在第二开度和第三开度之间自适应调节，使溢流槽中的液位保持在低液位点与高液位点之间。
90.通过此种液位调节和控制，可有效保证电镀装置正常运行时，所述溢流槽20内的液位能够稳定维持在两个液位点设定的范围内，确保所述溢流槽20、所述密封集液漏斗21及所述回流管路24的上游管路240充满液体，形成密封，防止空气卷入电镀液形成气泡；另外，将所述溢流槽20内的液位稳定维持在两个液位点设定的范围内，还能够减小溢流时的液位差，降低电镀液溢流时对液面的冲击造成的起泡和旋涡。
91.作为示例，通过所述两个液位点使所述主反应槽12的顶端与所述溢流槽20的液面
之间的距离介于5mm～100mm之间。
92.作为示例，通过所述两个液位点使所述溢流槽20的液位不小于20mm，优选地，溢流槽20内的液位控制在60mm～70mm。以避免溢流槽20中的电镀液在从溢流槽20底部的回流口200进入密封集液漏斗21时产生旋涡把气泡卷入回流管路中。
93.如图2所示，作为示例，所述子电镀液回流装置还包括测量管路23，所述测量管路23连通所述密封集液漏斗21和所述溢流槽20，所述液位计22设置在所述测量管路23上。
94.作为示例，所述电镀液回流装置可包括一套以上所述子电镀液回流装置，即所述电镀液回流装置可包括一套、两套、三套或更多套所述子电镀液回流装置，以提高电镀效率，而具体设置的套数可根据具体情况设置，在此不作限制。如图2所示，为包括一套所述子电镀液回流装置的示意图；如图3至图5所示，为包括两套所述子电镀液回流装置的示意图。
95.作为示例，一个所述密封集液漏斗21可以与一个以上所述溢流槽20连通，即所述密封集液漏斗21可与一个、两个、三个或更多个所述溢流槽20连通，以提高电镀效率，而具体设置的个数可根据具体情况设置，在此不作限制。如图2和图3所示，其中一套子电镀液回流装置中的所述密封集液漏斗21与一个所述溢流槽20连通；如图4及图5所示，所述子电镀液回流装置中的所述密封集液漏斗21与两个所述溢流槽20连通。当一个所述密封集液漏斗21与多个以上所述溢流槽20连通时，由连通器原理可知，每个溢流槽20内的液位相同，所以液位计23测得的液位即为所有溢流槽20内的液位。
96.作为示例，所述测量管路23的下端插入所述密封集液漏斗21的底部，且所述测量管路23的下端开口为斜面。所述测量管路23的下端插入所述密封集液漏斗21的好处是在电镀液开始循环时，密封集液漏斗21也是空的，当电镀液冲入密封集液漏斗21内时可能会产生少量气泡，若使得所述测量管路23的下端位于所述密封集液漏斗21底部，只要密封集液漏斗21内的蓄积的电镀液的液面超过测量管路23的下端底面，泡沫就不会进入测量管路23内，从而提高液位计22的测量精度。
97.作为示例，所述液位计包括电容式液位感应计。电容式液位感应计可以设定感应的灵敏度，通过灵敏度调节可以在一定程度上克服泡沫引起的液位测量不准确问题。
98.作为示例，所述阀门25为自动球阀，以便于电镀系统的自动化控制。
99.如图2至图4所示，作为示例，所述回流管路24连通于所述密封集液漏斗21的下方，以增大所述溢流槽20的所述回流口200与所述回流管路24的进液口之间的距离，从而给由所述溢流槽20进入所述密封集液漏斗21中的气泡足够的释放空间，减少气泡进一步进入所述回流管路24中。
100.如图5所示，作为示例，所述回流管路24连通于所述密封集液漏斗21的侧壁，且所述回流管路24的上端连接有弯管段242，所述弯管段242的进液口朝向所述密封集液漏斗21的底部。采用弯管段242的设计，可以增大密封集液漏斗21新流入液体到回流管路24进液口的距离，使得电镀液中的气泡充分上浮释放，减少气泡进一步进入所述回流管路24中。
101.如图2至图5所示，作为示例，所述回流管路24通过所述阀门25分为上游管路240及下游管路241，所述上游管路240与所述密封集液漏斗21连通，所述下游管路241插入所述储液槽26内，所述下游管路241的管径小于上游管路240的管径。这样，电镀液回流时，不仅能将上游管路241全部填充，也能将下游管路240全部填充，从而使得整个回流管路24内均无气泡，减少电镀液中气泡的引入。
102.如图6至图11所示，作为示例，所述回流管路24通过所述阀门25分为上游管路240及下游管路241，所述上游管路240与所述密封集液漏斗21连通，所述下游管路241插入所述储液槽26内，所述下游管路241具有第一下游管路243及与之连接的第二下游管路244，所述第一下游管路243与所述阀门25连接，所述第二下游管路244插入所述储液槽26内；其中，
103.所述第二下游管路244包括：内管30，外管31，安装板32；
104.所述内管30固定在所述安装板32上，所述安装板32固定在所述储液槽26上；
105.所述外管31同轴设置在所述内管30外侧并可相对所述内管30转动；
106.所述内管30下部设置有第一窗口300，所述外管31下部设置有第二窗口310，转动所述外管31调节所述第一窗口300和所述第二窗口310的重合度以调整所述第一窗口300的开度，所述第一窗口300及所述第二窗口310位于所述储液槽26内。
107.通过设置所述第一窗口300及第二窗口310，并由第二窗口310调节第一窗口300的开度，电镀液通过该第一窗口300的开度回流至储液槽26，相当于使所述下游管路241的出液口设计为大小可调，能够更有效控制下游管路241中的液体流速，通过使回流到储液槽26的电镀液流速减缓确保下游管路241中处于充满液体状态，进一步减少气泡进入电镀液中，以弥补下游管路241的管径为定值，安装后不易再改变的缺陷。
108.作为示例，所述下游管路241插入所述储液槽26内，所述第一窗口300及第二窗口310始终位于储液槽26的液面以下，较佳地，所述第一窗口300及第二窗口310位于储液槽26液面以下的距离不小于10mm。由于所述储液槽26一般有两种状态，一种是电镀液刚灌入储液槽26未开始循环的状态，此时所有腔体、供液管路以及回流管路都是空的，电镀液集中在储液槽26内，其液位很高(如图15所示)；另一种是电镀装置开始循环以后，电镀液会充满供液管路、所有腔体以及回流管路，此时储液槽26内的液位会降低，电镀装置正常工作时储液槽26内的液位也是比较低的(如图2至图5所示)，如果此时液位过低会导致所述第一窗口300及第二窗口310露出液面，从而电镀液在从所述第一窗口300及第二窗口310中回流至储液槽26时产生大量泡沫，所以需要控制所述第一窗口300及第二窗口310始终位于储液槽26的液面以下，最好控制所述第一窗口300及第二窗口310位于所述储液槽26液面深度10mm以下，从而保证所述第一窗口300及第二窗口310在电镀液循环时处于储液槽26内的液面之下，以避免泡沫的产生。
109.较佳地，所述第二下游管路244还包括外管转动把手33及刻度盘34；所述外管转动把手33设置于所述外管31的上部，用于转动所述外管31；所述刻度盘34同轴固定在所述内管30外侧，同时设置于所述储液槽26外侧，用于观察所述第一窗口300的开度。当然可以理解地，为了提高自动化操作，外管转动把手33还可以由电机等驱动机构进行驱动。
110.作为另一较佳示例，所述内管30的上端设置有连接件35，所述内管30通过所述连接件35与所述第一下游管路243可拆卸连接。
111.作为再一较佳示例，所述内管30与所述第一下游管路243一体连接。
112.如图12至图14所示，作为更进一步的示例，所述储液槽26通过隔流板262分为进液区260及出液区261，所述进液区260的底部设有与所述出液区261连通的缺口263，所述第二下游管路244插入所述进液区260，所述第一窗口300朝向其前方隔流板262a。所述进液区260及所述出液区261的顶部通过所述隔流板262隔离，所述第二下游管路244插入所述进液区260以防止进液区260的气泡扩散至出液区261，使其在进液区260内自然消散，避免气泡
随电镀液的循环进入电镀工艺腔。具体地排液过程为：当电镀液从下游管路241回流至第一窗口300，从第一窗口300流出时，流出的液体经过所述隔流板262的前方隔流板262a及底面隔流板262b的干扰，呈“s”形曲线从所述缺口263流入出液区261(如图14中箭头所示)，与此同时，电镀液中的气泡顺着其前方隔流板262漂浮到进液区260上层，实现气泡的释放，从而进一步减少循环电镀液中的气泡含量。
113.本发明还提供一种电镀装置，所述电镀装置包括上述所述的电镀液回流装置。
114.综上所述，本发明提供一种电镀液回流装置及电镀装置，通过设置所述子电镀液回流装置实现对液位的调节和控制，有效保证电镀装置正常运行时，所述溢流槽内的液位能够稳定维持在两个液位点设定的范围内，确保所述溢流槽、所述密封集液漏斗及所述回流管路的上游管路充满液体，形成密封，防止空气卷入电镀液形成气泡；另外，将所述溢流槽内的液位稳定维持在两个液位点设定的范围内，还能够减小溢流时的液位差，降低电镀液溢流时对液面的冲击造成的起泡和旋涡。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。