CN102918641B - 用于半导体衬底支撑件的温度控制的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于其上有在真空室中进行多步骤处理的半导体衬底的衬底支撑件的再循环系统，其包含衬底支撑件，其具有至少一个位于其底板中的液体流道、与流道流体连通的入口和出口、与该入口流体连通的供给管线和与该出口流体连通的回流管线；第一再循环装置，其与供给管线和回流管线流体连通，提供温度在T1的液体；第二再循环装置，其与供给管线和回流管线流体连通，提供温度在T2的液体，温度T2高于温度T1至少10℃；连接到入口和出口的提供温度在Tpc的液体的预冷却单元，温度Tpc比T1低至少10℃；连接到出口和入口的提供温度在Tph的液体的预加热单元，温度Tph比T2高至少10℃；控制器，其能操作地以选择性地操作该再循环系统的阀以在流道和第一再循环装置、第二再循环装置、预冷却单元或预加热单元之间再循环液体。

Description

用于半导体衬底支撑件的温度控制的装置和方法
背景技术
随着相继的半导体技术的产生，晶片直径往往增加而晶体管的尺寸减小，导致了在晶片处理中越来越高的精确度和可重复性的需要。半导体衬底材料，如硅晶片，通过其中包括真空室的使用的技术进行处理。这些技术包括：非等离子体的应用，如电子束蒸发；以及等离子体的应用，如溅射淀积、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、抗蚀剂剥离和等离子体蚀刻。
用于等离子体处理系统的良好的衡量标准包括吞吐量和衬底温度的稳定性。衬底温度影响在衬底上制备的器件的临界尺寸，因此当需要稳定的衬底温度时，衬底温度不能显著漂移，例如在处理配方中的步骤中。另一方面，对于在处理配方中的不同的处理步骤，最优选的衬底温度可显著地不同。衬底温度的变化率直接影响吞吐量。因此，在处理步骤之间快速改变衬底温度，同时在处理步骤中保持稳定的衬底温度的能力是所希望的。由于需要与等离子体处理系统使用的无线电频率能量兼容，基于电气的加热方式是复杂的，其需要定制过滤装置以保护电加热器的功率和控制系统。就功率的连接而论，也存在设计和实施方面的挑战。此外，为了优化加热均匀性对有关加热器布局的挑战可能是非常显著的。
发明内容
一种用于衬底支撑件的再循环系统，该衬底支撑上的半导体衬底在真空室中进行多个步骤的处理，该系统包含：衬底支撑件，其具有至少一个位于在其底板上的液体流道、与该流道流体连通的入口和出口、与该入口流体连通的供给管线、以及与该出口流体连通的回流管线；第一再循环装置，其给该供给管线和该回流管线提供温度在T1的液体，该第一再循环装置与该供给管线和该回流管线流体连通；第二再循环装置，其给该供给管线和该回流管线提供温度在T2的液体，该第二再循环装置与该供给管线和该回流管线流体连通，温度T2高于温度T1至少10℃；预冷却单元，其提供温度在Tpc的液体到该供给管线和该回流管线，温度Tpc比T1低至少10℃；预加热单元，其提供温度在Tph的液体到该供给管线和该回流管线，温度Tph比T2高至少10℃；控制器，其能操作以选择性地操作该再循环系统的阀从而引导由该第一再循环装置、该第二再循环装置、该预冷却单元或该预加热单元通过该供给管线和该回流管线所提供的温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体。
一种操作用于衬底支撑件的再循环系统的方法，该衬底支撑件上的半导体衬底在真空室中进行多个步骤的处理，该方法包括：在衬底支撑件中使液体循环，该衬底支撑件具有至少一个位于在其底板上的液体流道、与该流道流体连通的入口和出口、与该入口流体连通的供给管线和与该出口流体连通的回流管线，其中该方法包括：供应温度在T1的液体给该流道，温度在T1的液体由与该供给管线和该回流管线流体连通的第一再循环装置提供；供应温度在T2的液体给该流道，温度在T2的液体由与该供给管线和该回流管线流体连通的第二再循环装置提供，温度T2高于温度T1至少10℃；将温度在Tpc的液体提供给该流道，温度Tpc比T1低至少10℃；将温度在Tph的液体提供给该流道，温度Tph比T2高至少10℃；供应温度在Tpc的液体，紧接着供应温度在T1的液体；供应温度在Tph的液体，紧接着供应温度在T2的液体。
附图说明
图1示出了现有技术的温度控制系统的示意图。
图2示出了另一种现有技术的温度控制系统的示意图。
图3是图2所示的衬底支撑件和温度控制系统的温度随时间变化的曲线图。
图4是根据本文所描述的实施方式的衬底支撑件和温度控制系统的温度随时间变化的曲线图。
图5A是根据本文所描述的实施方式的温度控制系统中的供给不同温度的流体的四个温度受控的流体源和衬底支撑件之间的流体连接的示意图。
图5B示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。
图5C示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。
图6A是根据本文所描述的实施方式的温度控制系统中的供给不同温度的流体的四个温度受控的流体源和衬底支撑件之间的流体连接的示意图。
图6B示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。
图6C示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。
图6D示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。
图6E示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。
图6F示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。
图7A和7B分别示出了四通交叉阀的两种状态。
图7C和7D分别示出了三通开关阀的两种状态。
图7E和7F分别示出了双通阀的两种状态。
图8示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。
图9示出了示例性多步骤处理的实际测试数据。
具体实施方式
本发明公开了一种再循环系统，在等离子体处理系统中，该再循环系统能通过循环经由嵌入在衬底支撑件中的一个或多个流道的温度受控的液体（例如FluorinertTM介电流体），从而快速地改变在等离子室中进行处理的位于该衬底支撑件上的衬底的衬底温度。流道可以被布置成提供单个或多个区域中的温度控制，例如，流道可以影响衬底支撑件的整个衬底支撑表面的温度控制或衬底支撑件100的衬底支撑表面的诸如中心区域或外环形区域等单个区域（热区）的温度控制。优选地，衬底的温度仅通过在流道中循环的液体控制，即衬底支撑件优选不具有电加热器，以避免与其相关联的问题，如电加热器的射频（RF）功率控制电路的耦合问题。衬底支撑件优选包括在衬底下的提供诸如氦等传热气体的装置，以改进在衬底和衬底支撑件之间的热传导性能，衬底支撑件可以是提供射频电流（RF）的接地电极或供电电极以在衬底上提供偏置或在室中产生等离子体。
图1示出了现有技术的系统，其中，液体在衬底支撑件100和温度控制单元之间循环，该温度控制单元诸如具有保持在恒定温度的大的流体容器的再循环装置110。来自再循环装置110的典型的流率约为4加仑/分钟。大的流体容器的大的热容在保持稳定的流体温度方面使这种方法表现得非常有效，但在多步骤工艺中，其在改变流体的温度方面慢得不合乎期望，而在诸如等离子体蚀刻过程中，期望衬底温度快速变化。
如图2所示，在两个不同的处理步骤中保持两个不同的衬底温度的并在该两个步骤之间切换温度的传统的方法包括将诸如再循环装置210和220等两个温度控制单元连接到衬底支撑件100。每个再循环装置将大的流体（液体）容器保持在处理步骤中的一个所需的温度。两个阀261和262被配置为协同地在两个再循环装置210和220之间切换流过衬底支撑件100的流体。在再循环装置210和220中的流体量的差异随着时间的推移会产生和并且对其进行均衡化会变得必要。
对于等离子处理系统，其中，衬底支撑件内的温度梯度小，并且衬底支撑件对传热的响应是相当均匀的，衬底支撑件可以使用集总的热容模型描述。在该模型中，衬底支撑件可以被描述为并联连接到温度源的热容和热阻，该温度源可以是通过衬底支撑件循环的流体。衬底支持件的温度（Tsub）通过下述微分方程给出：
dT sub dt = - ( T sub - T 0 ) RC （方程1）
其中t是时间；C为衬底支撑件的热容，R是温度源（例如，在循环流体）与衬底支撑件之间与热阻；T0是温度受控流体源的温度。热阻R＝1/hA，其中h是温度源和衬底支撑件之间的传热系数，A是温度源和衬底支撑件之间的传热表面积。衬底支撑件的热容C＝ρcV，其中ρ是衬底支撑件的密度，c是衬底支撑件的比热，V是衬底支撑件的体积。
图2示出了现有技术的具有两个（例如，冷和热）再循环装置的系统。图3示出了在衬底支撑件以及在衬底支撑件中循环的液体的代表性的温度分布图。然而，图3没有考虑加热晶片的等离子体，例如，在等离子体蚀刻过程中，晶片可以处于比衬底支撑件温度高50至80℃的温度。线320示出了作为时间的函数的在衬底支撑件100中流动的流体温度T0；310示出了响应于流体温度的作为时间的函数的Tsub。在时间t1之前，阀261和262将来自冷的再循环装置210的流体引导通过衬底支撑件100。再循环装置210将储存温度保持在T1。在时间t1，阀261和262切断从再循环装置210流来的流体并将来自热的再循环装置220的温度处于T2的流体引导通过衬底支撑件100。再循环装置220保持高于T1的储存温度T2。在时间t2，阀261和262切断从再循环装置220流来的流体并再次将来自再循环装置210的流体引导通过衬底支撑件100。T1是处理步骤所需的在时间t1之前和t2之后的衬底支撑件的温度。T2是处理步骤所需的在时间t1和t2之间的衬底支撑件的温度。
为简便起见，t1之前的Tsub假定为是T1。作为时间的函数的Tsub根据方程式1推导并绘制成线310。当再循环装置210和220之间的流体在时间t1和t2突然切换后，Tsub呈现出指数规律的变化（exponential change），其具有时间常数τ1＝RC。时间常数τ1是Tsub响应于流体温度的陡变如何快速变化的测量值。时间常数τ1影响等离子体处理系统的吞吐量，因为衬底支撑件温度在处理步骤可以开始之前必须稳定。当时间常数τ1变得与处理步骤的典型的持续时间可比时，时间常数τ1对于吞吐量的影响变得明显。因此，将时间常数τ1最小化是合乎期望的。
本文所述的再循环系统以及使用再循环系统的方法通过使处于所需的衬底支撑件温度之上或之下的流体瞬时流过衬底支撑件100，以加速往来于衬底支撑件100的热传递，从而将时间常数减小。图4中的线420示出了在衬底支撑件100中流体温度作为时间的函数变化，其中，线410示出了Tsub作为时间的函数的变化。在时间t3之前，处于T1的第一流体流过衬底支撑件100。在时间t3，第一流体被切断，在温度Tph的预加热的流体流过衬底支撑件100，其中，Tph高于T2。在时间t4，当Tsub是在T2的预定公差范围内（例如，在2℃内，优选在1℃内，更优选在0.5℃内）时，预加热的流体被切断，并且在温度T2的第二流体流过衬底支撑件100。类似地，在时间t5，第二流体被切断，处于温度Tpc的预冷却的流体流过衬底支撑件100，其中，Tpc低于温度T1。在时间t6，当衬底100的温度是在T1的预定公差范围内（例如，在2℃内，优选在1℃内，更优选在0.5℃内）时，预冷却的流体被切断，并且第一流体再流过衬底支撑件100。T1是处理步骤所需的在时间t3之前和t6之后的衬底支撑件的温度。T2是处理步骤所需的在时间t4和t5之间的衬底支撑件的温度。再循环系统以及使用再循环系统的方法的一个优点是，Tsub能更快地到达目标衬底支撑件温度，无需显著的过冲（overshooting）。
为简便起见，t3之前的Tsub假定为是T1。作为时间的函数的Tsub根据方程式1推导出并绘制成线410。类似于图3中的线310，在时间t3和t5后，Tsub呈现出指数规律的变化，其具有时间常数τ2，其中τ2小于τ1。该缩短的时间常数使等离子体处理系统中的吞吐量提高。Tph优选高于T2至少10℃，更优选至少为30℃。Tpc优选低于温度T1至少10℃，更优选至少30℃。t4和t3之间的差（Δtph）是t4和t5之间的时间段（Δth）的一部分。例如，Δth可以是从50到200秒，而Δtph可以最多为Δth的50％，30％或10％。Δtph优选为不大于60秒，例如，最多为40秒，最多为20秒，最多为10秒，或最多为5秒。t6和t5之间的差（Δtpc）是t6和下一个时间点之间的时间段（Δtc）的一部分，该下一个时间点是预加热的流体时开始流过衬底支撑件100的时间。例如，Δtc可以是从50到200秒，而Δtpc可以小于Δth的50％，30％或10％。Δtc优选为不大于60秒，例如，小于40秒，最多为20秒，最多为10秒，或最多为5秒。T1优选为-10℃至50℃，更优选为从10℃至50℃。T2优选从30℃到110℃，更优选从70℃至110℃。T2优选高于T1至少10℃，例如，高于温度T1至少20℃，至少30℃，至少40℃，或至少50℃。在τ2期间，Tsub的变化速率优选为至少1℃/秒。在示例性的过程中，其中，Tsub在交替的步骤中保持在T1和T2，在每个步骤中最多为50秒，并且τ1最多为50秒，τ2最多为25秒，根据本发明的一种实施方式所述的再循环系统可以提高吞吐量约33％。
预加热的液体、预冷却的液体、所述第一液体和第二液体的流率可以是恒定的或不同的，例如，相同的或不同的流速。示例性的流率高达30升每分钟，例如，约18升每分钟。
下面所描述的是在图4中所示的方法的实施例，其中使用了一种独立的温度控制单元（预充电的加热单元或PREH）和另一种独立的温度控制单元（预充电的冷却单元或PREC）。
在第一实施方式中，一种再循环装置用作PREH，而另一种再循环装置用作PREC，由此，结合主要的再循环装置一起使用，流体可以在四个温度（T1，T2，Tpc，Tph）中的任何一个温度下循环。如图5A所示，510是主要的再循环装置，其储存温度为T1；530是PREC，其储存温度为Tpc；520是主要的再循环装置，其储存温度为T2，T2高于T1至少10℃，至少20℃，至少30℃，至少为40℃，至少50℃，至少60℃，或以上；并且540是PREH，其储存温度为Tph。自动操作阀装置561和562以便将来自再循环装置中的一个的流体协同地引导到衬底支撑件100中。图5A是简化图，示出了控制器590与阀装置561和562之间的逻辑连接，阀装置561和562将再循环装置510-540连接到衬底支撑件100，没有示出实施的细节。PREC优选地冷却流体（液体）的温度Tpc，使其低于通过再循环装置510循环的流体的温度T1至少10℃，至少20℃，至少30℃，至少40℃，至少50℃，至少60°C，或更多。PREH优选地加热流体的温度Tph，使其高于通过再循环装置520循环的流体的温度T2至少10℃，至少20℃，至少30℃，至少40℃，至少50℃，至少60°C，或更多。
在图5A的实施例中，在Tpc的流体从再循环装置530流动通过管线511、阀561、管线512、衬底支撑件100、管线513、阀562、管线514，并返回到再循环装置530。为了切换到来自再循环装置510的在T1的流体，将阀561，562连接到管线515，516，使流体从再循环装置510流动通过管线515、阀561、管线512、经由衬底支撑件100、管线513、阀562、管线516并返回到再循环装置510。为了切换到在Tph的流体，将阀561，562连接到管线517，518，使流体从再循环装置540流动通过管线517、阀561、管线512、衬底支撑件100、管线513、阀562、管线518并返回到再循环装置540。为了循环在T2的流体，将阀门561，562连接到管线518a，519并且流体从再循环装置520通过管线518a、阀561、管线512、衬底支持件100、管线513、阀562、管线519并返回到再循环装置520。控制器590驱动阀561和562。
图5B示出了第一实施方式的一个实施例，其中，多个三通切换阀571-576协同地将来自再循环装置中的一个的流体引导到衬底支撑件100中。如图7C和7D所示，三通切换阀730具有共同的通路735、第1分支通路731和第二分支通路732。三通切换阀730能操作地在共同通路735和第一分支通路731之间或在共同通路735和第二分支通路732之间建立流体连通。可以使用的三通切换阀包括Swagelok 40系列和40G系列阀。可以电子驱动三通切换阀730。
参照图4和图5B，在时间t3之前，在T1的流体从再循环装置510依次流动通过管线521、阀575、管线522、阀571、管线523、衬底支撑件100、管线524、阀572、管线525、阀573、管线526并返回到再循环装置510。在时间t3和t4之间，在Tph的流体从再循环装置540依次流动通过管线541、阀576、管线542、阀571、管线523、衬底支撑件100、管线524、阀572、管线543、阀574、管线544并返回到再循环装置540。在时间t4和t5之间，在T2的流体从再循环装置520依次流动通过管线545、阀576、管线542、阀571、管线523、衬底支撑件100、管线524、阀572、管线543、阀574、管线546并返回到再循环装置520。在时间t5和t6之间，在Tpc的流体从再循环装置530依次流动通过管线547、阀575、管线522、阀571、管线523、衬底支撑件100、管线524、阀572、管线525、阀573、管线548并返回到再循环装置530。时间t6之后，流动模式与时间t3之前的流动模式相同。双通阀577，579，578和580分别连接在导向再循环装置530，510，540和520之间的入口和出口的支流管线之间。控制器591驱动阀571-580。
如图7E和7F所示，双通阀720具有两个流动通路721和722，并能操作以建立或消除两个通路721和722之间的流体连通。示例性的双通阀的详细信息可以在Swagelok 40系列和40G系列目录中找到。三通切换阀720可以电子驱动。双通阀能操作以打开并使得仅当流体没有从各自的再循环装置流动到衬底支撑件100时，流体在其各自的再循环装置能循环。
图5C示出了第一实施方式的另一种配置，其中，多个四通交叉阀581-586将来自再循环装置中的一个的流体协同地引导到衬底支撑件100。如图7A和图7B所示，四通交叉阀740具有第一通路741、第二通路742、第三通路743和第四通路744。四通交叉阀740能操作以建立第一和第二通路741和742之间以及第三和第四通路743和744之间的流体连通，如图7B所示，或建立第一和第四通路741和744之间以及第二和第三通路742和743之间的流体连通，如图7A所示。示例性的四通交叉阀的详细信息可以在Swagelok 40系列和40G系列目录中找到。可以电子驱动四通交叉阀740。
参考图4和图5C，在时间t3之前，在T1的流体从再循环装置510依次流动通过管线551、阀583、管线552、阀581、管线553、衬底支撑件100、管线554、阀582、管线568、阀581、管线555、阀585、管线556，并返回到再循环装置510。同时，其他的再循环装置可以保留在待机模式，使得来自再循环装置530的流体循环通过管线557、阀583、管线558、阀585、管线559并返回到再循环装置530；来自再循环装置540的流体循环通过管线561、阀586、管线562、阀582、管线563、阀584、管线564并返回到再循环装置540；来自再循环装置520的流体循环通过管线565、阀586、管线566、阀584和管线567并返回到再循环装置540。
在时间t3和t4之间，在Tph的流体从再循环装置540依次流动通过管线561、阀586、管线562、阀582、管线568、阀581、管线553、衬底支撑件100、管线554、阀582、管线563、阀584、管线564并返回到再循环装置540。同时，来自再循环装置530的流体循环通过管线557、阀583、管线552、阀581、管线555、阀585、管线559并返回到再循环装置530；来自再循环装置510的流体循环通过管线551、阀583、管线558、阀585、管线556并返回到再循环装置510；以及来自再循环装置520的流体循环通过管线565、阀586、管线566、阀584、管线567并返回到再循环装置520。
在时间t4和t5之间，在T2的流体从再循环装置520依次流动通过管线565、阀586、管线562、阀582、管线568、阀581、管线553、衬底支撑件100、管线554、阀582、管线563、阀584、管线567并返回到再循环装置520。同时，来自再循环装置530的流体循环通过管线557,558,559以及阀583和585；来自再循环装置510的流体循环通过管线551,552,555，556以及阀583,581和585；以及来自再循环装置540的流体循环通过管线561、阀586、管线566、阀584、管线564并返回到再循环装置540。
在时间t5和t6之间，在Tpc的流体从再循环装置530依次流动通过管线557、阀583、管线552、阀581、管线553、衬底支撑件100、管线554、阀582、管线568、阀581、管线555、阀585、管线559并返回到再循环装置530。同时，来自再循环装置510的流体循环通过管线551、阀583、管线558、阀585和管线556并返回到再循环装置510；来自再循环装置540的流体循环通过管线561、阀586、管线562、阀582、管线563、阀584、管线564并返回到再循环装置540；以及来自再循环装置520的流体循环通过管线565、阀586、管线566、阀584、管线567并返回到再循环装置520。在时间t6之后，流动模式与时间t3之前的流动模式相同。控制器591驱动阀581-586。
图5C所示的实施方式具有的优势在于，整个循环系统中的流体总是在流动（即没有死体积），并且在四个温度T1，T2，Tpc，Tph中的任何一个温度的流体能够容易地供给至衬底支撑件。
第二实施方式使用两个在线加热和冷却装置作为PREH和PREC。在线单元有小的内部容积，并且可以作为由独立的能量源支持的简单的热质。在线单元的固有的热容是足够大的，从而在流体通过在线单元时能使流体的温度在T1，T2，Tpc，和Tph之间进行变换。在线单元可以是Noah Precision POU 3300/3500，Komatsu FRV-6000或任何合适的等同物。如图6A所示，610是具有低储存温度T1的主要的再循环装置；在线冷却单元630作为PREC运行，将从主要的再循环装置610流来的通过在线单元630的流体冷却到温度Tpc；620是具有高的储存温度T2的主要的再循环装置；并且在线加热单元640作为PREH运行，其将从主要的再循环装置620流来的通过在线单元640的流体加热到温度Tph。阀663能操作以引导来自主要的再循环装置610的通过管线611的流体，使其绕过或通过在线单元630，通过管线612、阀661、管线613、衬底支撑件100、管线614、阀662、管线615并返回再循环装置610。阀664能操作以引导来自主要的再循环装置620的通过管线616的流体，使其绕过或通过在线单元640，通过管线617、阀661、管线613、衬底支撑件100、管线614、阀662、管线618并返回再循环装置620。阀661和662协同地将来自再循环装置610和620中的一个的，或来自在线单元630和640中的一个的流体引导到衬底支撑件100。图6A是示出了再循环装置、在线单元和衬底支撑件100之间的逻辑连接的简化图，没有示出实施例的所有细节。控制器695驱动阀661-664。
图6B示出了第二实施方式的实施例，其中，多个三通切换阀671-674和双通阀675-676协同地将来自再循环装置中的一个的流体或在线单元中的一个的流体引导到衬底支撑件100。参照图4和图6B，在时间t3之前，在T1的流体从再循环装置610流动通过管线621，依次通过阀673、管线622、阀671、管线623、衬底支撑件100、管线624、阀672、管线625并返回到再循环装置610。在时间t3和t4之间，在Tph的流体从再循环装置620流动通过管线626，依次通过阀676、在线单元640、管线627、阀674、管线628、阀671、管线623、衬底支撑件100、管线624、阀672、管线629并返回到再循环装置620。在时间t4和t5之间，在T2的流体从再循环装置620流动，依次通过管线631、阀674、管线628、阀671、管线623、衬底支撑件100、管线624、阀672、管线629并返回到再循环装置620。在时间t5和t6之间，在Tpc的流体从再循环装置610流动，依次通过管线632、阀675、管线636、在线单元630、管线633、阀673、管线622、阀671、管线623衬底支撑件100、管线624、阀672、管线625并返回到再循环装置610。时间t6之后，流动模式与时间t3之前的流动模式相同。
双通阀677沿支流管线634设置，支流管线634在导向再循环装置610的入口和出口的管线621和625之间延伸。双通阀678沿支流管线635设置，支流管线635在导向再循环装置620的入口和出口的管线631和629之间延伸。双通阀677和678能操作以打开并使得仅当其各自的再循环装置没有将流体直接地或经由在线单元供给至衬底支撑件100时，在其各自的再循环装置的流体才能循环。双通阀675和阀673协同地引导来自再循环装置610的流体，使其通过或绕过在线单元630。双通阀676和阀674协同地引导来自再循环装置620的流体，使其通过或绕过在线单元640。控制器696驱动阀671-678。
图6C示出了第二实施方式的另一实施例，其中，多个三通切换阀681-684和687-688协同地将来自再循环装置中的一个的流体或者在线单元中的一个的流体引导到衬底支撑件100中。参照图4和图6C，在时间t3之前，在T1的流体从再循环装置610流动，依次通过管线641、阀687、管线642、阀683、管线643、阀681、管线644、衬底支撑件100、管线645、阀682、管线646并返回到再循环装置610。在时间t3和t4之间，在Tph的流体从再循环装置620流动，依次通过管线651、阀688、管线652、在线单元640、管线653、阀684、管线654、阀681、管线644、衬底支撑件100、管线645、阀682、管线655并返回到再循环装置620。在时间t4和t5之间，在T2的流体从再循环装置620流动，依次通过管线651、阀688、管线656、阀684、管线654、阀681、管线644、衬底支撑件100、管线645、阀682、管线655并返回到再循环装置620。在时间t5和t6之间，流体从再循环装置610流动，依次通过管线641、阀687、管线647、在线单元630、管线648、阀683、管线643、阀681、管线644、衬底支撑件100、管线645、阀682、管线646，并返回到再循环装置610。时间t6之后，流动模式与时间t3之前的流动模式相同。
双通阀685，686，689和690沿支流管线649，657，658，659设置，支流管线649，657，658，659分别连接在在线单元630和640以及再循环装置610和620的入口和出口之间。双通阀689和690能操作以打开并使得：当流体通过再循环装置610（或直接或经由在线单元630）供给至衬底支撑件100时，再循环装置620中的流体能局部地再循环，或者当再循环装置620供应流体至衬底支撑件100时，流体通过支流管线658再局部循环到再循环装置610。双通阀685和686能操作以打开并使得：当在线单元630没有供给流体至衬底支撑件100时，其各自的在线单元中的流体能局部地再循环。根据该配置，阀687和683可以协同地引导来自再循环装置610的流体，使其穿过或绕过在线单元630。同样地，阀688和684可以协同地引导来自再循环装置620的流体，使其通过或绕过在线单元640。控制器697驱动阀681-690。
图6D示出了第二实施方式的另一实施例，除了没有双通阀685和686外，其余与图6C相同。控制器698驱动阀681-684和687-690。
图6E示出了第二实施方式的另一实施例，其中，多个四通交叉阀691-694协同地将来自再循环装置中的一个的流体或者在线单元中的一个的流体引导到衬底支撑件100中。控制器699驱动阀691-694。
参考图4和图6E，在时间t3之前，在T1的流体从再循环装置610流动通过管线661，再依次通过阀693、管线662、阀691、管线663、衬底支撑件100、管线664、阀692、管线665、阀691、管线666、并返回到再循环装置610。同时，来自在线单元630的流体循环通过管线667，668以及693；来自在线单元640的流体循环通过管线671，672以及阀694；以及来自再循环装置620的流体循环通过管线673，674，675以及阀694和692。
在时间t3和t4之间，在Tph的流体从再循环装置620流动，依次通过管线673、阀694、管线672、在线单元640、管线671、阀694、管线674、阀692、管线665、阀691、管线663、衬底支撑件100、管线664、阀692、管线675，并返回到再循环装置620。同时，来自在线单元630的流体循环通过管线667，668和阀693；以及来自再循环装置610的流体循环通过管线661，662，666以及阀693和691。
在时间t4和t5之间，在T2的流体从再循环装置620流动，依次通过管线673、阀694、管线674、阀692、管线665、阀691、管线663、衬底支撑件100、管线664、阀692、管线675，并返回到再循环装置620。同时，来自在线单元630的流体循环通过管线667，668和阀693；来自再循环装置610的流体循环通过管线661，662，666以及阀693和691；以及来自在线单元640的流体循环通过管线671，672以及阀694。
在时间t5和t6之间，在Tpc的流体从再循环装置610流动，依次通过管线661、阀693、管线668、在线单元630、管线667、阀693、管线662、阀691、管线663、衬底支撑件100、管线664、阀692、管线665、阀691、管线666，并返回到再循环装置610。同时，来自再循环装置620的流体循环通过管线673，674，675以及阀694和692；以及来自在线单元640的流体循环通过管线671，672以及阀694。在时间t6之后，流动模式与时间t3之前的流动模式相同。
图6E所示的实施方式具有的优势在于，整个循环系统中的流体总是在流动（即没有死体积），并且其温度能够由再循环装置610，620和在线单元630，640单独调节。
图6F示出了一实施例，其中使用一个在线单元6630来提供在T1或Tpc的流体，使用另一个在线单元6640来提供在T2或Tph的流体。循环泵6610和6620驱动流体通过衬底支撑件100以及在线单元6630和6640。控制器6690驱动阀6661和6662，以将流体从在线单元6630和6640引导通过衬底支持件100，将来自在线单元6630的流体温度设定为T1或Tpc，并将来自在线单元6640的流体温度设定为T2或Tph。阀6661能操作以引导来自循环泵6610的通过管线6611的流体，使其通过在线单元6630，通过管线6612、阀6661、管线6613、衬底支撑件100、管线6614、阀6662、管线6615并返回到循环泵6610。阀6662能操作以引导来自循环泵6620的通过管线6616的流体，使其通过在线单元6640，通过管线6617、阀6661、管线6613、衬底支撑件100、管线6614、阀6662、管线6618并返回到循环泵6620。阀6661和6662协同地将来自在线单元6630和6640的流体引导到衬底支撑件100中。图6F示出了循环泵、在线单元和衬底支撑件100之间的逻辑连接，没有示出实施例的所有细节。
图8示出了一种实施方式，其中，两个三通切换阀971-972协同地将来自再循环装置910和920中的一个的流体引导到衬底支撑件100中，并且两个三通切换阀973和974设定来自再循环装置910和920的流体的温度。
参考图4和图8，在时间t3之前，在T1的流体从再循环装置910流动，依次通过管线921、热质950、管线922、阀971、管线923、衬底支撑件100、管线924、阀972、管线925并返回到再循环装置910；同时，在Tpc的流体从预冷却单元930流动，依次通过管线951、阀973、管线957并返回到预冷却单元930，以绕过热质950；来自再循环装置910的通过热质950的流体不进行加热或冷却，而是保持在T1；在Tph的流体从预加热单元940流动，依次通过管线952、阀974、管线954、热质960、管线956并返回到预加热单元940；来自预加热单元940的流体和管线960在Tph下处于热平衡；在T2的流体从再循环装置920流动，依次通过管线931、管线935、阀978、管线929并返回到再循环装置920，以绕过该热质960。
在时间t3和t4之间，在T1的流体从再循环装置910流动，依次通过管线921、管线934、阀977、管线925，并返回到再循环装置910；同时，在Tpc的流体从预冷却单元930流动，依次通过管线951、阀973、管线953、热质950、管线955并返回到预冷却单元930；在t5之前，热质950与来自预冷却单元930流体在Tpc达到热平衡；在Tph的流体从预加热单元940流动，依次通过管线952、阀974、管线954、热质960、管线956并返回到预加热单元940；来自预加热单元940的流体和热质960在Tph处于热平衡；在T2的流体从再循环装置920流动，依次通过管线931、热质960（其将来自再循环装置的流体从T2加热到Tph）、管线971、阀971、管线923、衬底支撑件100、管线924、阀972、管线929、并返回到再循环装置920。
在时间t4和t5之间，在T1的流体从再循环装置910流动，依次通过管线921、管线934、阀977、管线925，并返回到再循环装置910；在Tpc的流体从预冷却单元930流动，依次通过管线951、阀973、管线953、热质950、管线955并返回到预冷却单元930；在t5之前，热质950与来自预冷却单元930的流体在Tpc达到热平衡；同时，在Tph的流体从预加热单元940流动，依次通过管线952、阀974、管线958并返回到预加热单元940；在T2的流体从再循环装置920流动，依次通过管线931、热质960、管线971、阀971、管线923、衬底支撑件100、管线924、阀972、管线929、并返回到再循环装置920；来自再循环装置920的流体和热质960在Tph处于热平衡。
在时间t5和t6之间，在T1的流体从再循环装置910流动，依次通过管线921、热质950（其将来自再循环装置的流体从T1冷却到Tpc）、管线922、阀971、管线923、衬底支撑件100、管线924、阀972、管线925，并返回到再循环装置910；同时，在Tpc的流体从预冷却单元930流动，依次通过管线951、阀973、管线953、热质950、管线955并返回到预冷却单元930；来自预冷却单元930的流体与热质950在Tpc处于热平衡；在Tph的流体从预加热单元940流动，依次通过管线952、阀974、管线954、热质960、管线956并返回到预加热单元940；在衬底支撑件100被加热之前，热质960和来自预加热单元920的流体在Tph达到热平衡；在T2的流体从再循环装置920流动，依次通过管线931、管线935、阀978、管线929，并返回到再循环装置920。
时间t6之后，流动模式与时间t3之前的流动模式相同。
双通阀977和978沿支流管线934和935设置，支流管线934和935分别连接在再循环装置910和920的入口和出口之间。控制器996驱动阀971-974和977-978。来自预冷却单元930的液体没有与来自再循环装置910的液体混合；来自再循环装置940的液体没有与来自再循环装置920的液体混合。
可以使用循环系统引导液体通过覆盖整个衬底支撑件的流道或通过覆盖衬底支撑件的区域的流道。
包括阀和流通管线的循环系统可以进一步包括适当的逻辑控制单元和合适的致动机构，以便根据预编程的工艺配方和/或响应于工艺监测系统自动地控制和致动各种阀。
本文所述的循环系统可以与任何半导体加工装置（例如等离子体蚀刻装置或化学气相沉积系统）一起使用，其中，期望实现需要快速切换的衬底支撑件的快速温度变化。这样的装置和工艺的实施例可以在共同转让的美国专利No.7,274,004、No.6,847,014和No.6,770,852中找到，其公开的内容通过引用全部并入本发明。
根据实施方式所述的示例性循环系统具有4000W的冷却功率，并具有能够提供压强高达100psi的、速率为18升/分钟的、温度从-10至90℃的液体的再循环装置。在一个示例性的过程中，T2高于T1至少50℃。T1和T2都是从10至75℃。衬底支撑件可以有5000J/℃的热容量，并且Δth和Δtc可以是T1和T2之间的差数的至少4倍，其中单位为℃。图9显示了示例性的多步骤工艺中的代表性的温度数据。示例性的多步骤工艺可以包括：通过向衬底支撑件施加射频功率从而向半导体衬底施加RF偏置，激励工艺气体进入等离子体状态以及等离子体蚀刻在半导体衬底上的材料层的开口，在第一时间段Δtc蚀刻该开口，同时向流道施加在T1的液体，在第二时间段Δth蚀刻该开口，同时向流道施加在T2的液体。
虽然已经参考其具体的实施方式详细描述了用于衬底支撑件的温度控制系统，但是，对于本领域技术人员而言，显而易见，在不脱离所附权利要求的保护范围的情况下，可以对这些实施方式做出各种变化和修改，以及可以使用各种等同方案。本文描述的温度控制系统并不限于等离子体处理系统，而是可以使用在任何含有衬底支撑件的合适装置中。

Claims (24)

1.一种等离子体处理系统，其包括用于将温度受控液体供应给衬底支撑件的再循环系统，在半导体处理室中在处理过程中进行多步骤处理的半导体衬底被所述衬底支撑件支撑，该系统包括：
供给管线，其适于输送液体到所述衬底支撑件的入口，所述衬底支撑件包括流道，所述液体循环通过所述流道，以将在所述衬底支撑件的表面的热区保持在所需温度；
回流管线，其适于使来自所述衬底支撑件的出口的液体在其循环通过所述流道后回流；
第一再循环装置，其能操作以提供温度在T1的液体到所述供给管线，并接收来自所述回流管线的液体，所述第一再循环装置与所述供给管线以及所述回流管线流体连通；
第二再循环装置，其能操作以提供温度在T2的液体到所述供给管线，以及接收来自所述回流管线的液体，所述第二再循环装置与所述供给管线以及所述回流管线流体连通，其中温度T2高于温度T1至少10℃；
预冷却单元，其能操作以将温度在Tpc的液体提供给所述供给管线，其中温度Tpc低于T1至少10℃；
预加热单元，其能操作以将温度在Tph的液体提供给所述供给管线，其中温度Tph高于T2至少10℃；
电子驱动阀，其能操作以通过使所述第一再循环装置或所述第二再循环装置与所述供给管线和所述回流管线连接，或者使液体在所述预冷却单元和所述预加热单元循环或循环通过所述预冷却单元和所述预加热单元，从而将温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体提供给所述供给管线。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括控制器，其能操作以在时间段Δtpc内引导在Tpc的液体通过所述供给管线和所述回流管线，之后紧接着在时间段Δtc内引导在T1的液体通过所述供给管线和所述回流管线，以便在所述多步骤处理的部分过程中，将所述衬底支撑件的热区在时间段Δtc内保持在温度T1，其中Δtpc值小于Δtc值。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器能操作以在时间段Δtph内引导在Tph的液体通过所述供给管线和所述回流管线，之后紧接着在时间段Δth内引导在T2的液体通过所述供给管线和所述回流管线，以便在所述多步骤处理的部分过程中，在时间段Δth内将所述衬底支撑件的所述热区保持在温度T2，其中Δtph值小于Δth值。
4.根据权利要求3所述的系统，其中：
所述供给管线与第一阀连接；
所述回流管线与第二阀连接；
所述第一阀与所述第一再循环装置的出口、所述预冷却单元的出口、所述第二再循环装置的出口和所述预加热单元的出口流体连通；
所述第二阀与所述第一再循环装置的入口、所述预冷却单元的入口、所述第二再循环装置的入口和所述预加热单元的入口流体连通；
所述控制器能操作以选择性地操作所述第一阀和所述第二阀，以引导温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体通过所述供给管线和所述回流管线。
5.根据权利要求4所述的系统，其中：
所述第一阀与所述第一再循环装置的所述入口、所述第二再循环装置的所述入口、所述预加热单元的所述入口、和所述预冷却单元的所述入口连接；
所述第二阀与所述第一再循环装置的所述出口、所述第二再循环装置的所述出口、所述预加热单元的所述出口、和所述预冷却单元的所述出口连接。
6.根据权利要求4所述的系统，其中：
所述第一阀是第一三通切换阀；
所述第二阀是第二三通切换阀；
所述第一三通切换阀与第三三通切换阀以及第四三通切换阀连接；
所述第二三通切换阀与第五三通切换阀以及第六三通切换阀连接；
所述第三三通切换阀与所述预冷却单元的所述出口以及所述第一再循环装置的所述出口连接；
所述第五三通切换阀与所述预冷却单元的所述入口以及所述第一再循环 装置的所述入口连接；
所述第四三通切换阀与所述预加热单元的所述出口以及所述第二再循环装置的所述出口连接；
所述第六三通切换阀与所述预加热单元的所述入口和所述第二再循环装置的所述入口连接；
第一装有阀的支流管线与所述预冷却单元的所述出口和所述入口连接；
第二装有阀的支流管线与所述预加热单元的所述出口和所述入口连接；
第三装有阀的支流管线与所述第一再循环装置的所述出口和所述入口连接；
第四装有阀的支流管线与所述第二再循环装置的所述出口和所述入口连接；
所述控制器能操作以选择性地操作所述第一、所述第二、所述第三和所述第四装有阀的支流管线的阀和所述第一、所述第二、所述第三、所述第四、所述第五和所述第六三通切换阀，以引导温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体通过所述供给管线和所述回流管线。
7.根据权利要求4所述的系统，其中：
所述第一阀是第一四通交叉阀；
所述第二阀是第二四通交叉阀；
所述第一四通交叉阀与所述第二四通交叉阀、第三四通交叉阀以及第五四通交叉阀连接；
所述第二四通交叉阀与第四四通交叉阀以及第六四通交叉阀连接；
所述第三四通交叉阀与所述第五四通交叉阀、所述预冷却单元的所述出口以及所述第一再循环装置的所述出口连接；
所述第五四通交叉阀与所述预冷却单元的所述入口以及所述第二再循环装置的所述入口连接；
所述第四四通交叉阀与所述第六四通交叉阀、所述预加热单元的所述入口以及所述第二再循环装置的所述入口连接；
所述第六四通交叉阀与所述预加热单元的所述出口以及所述第二再循环装置的所述出口连接；
所述控制器能操作以选择性地操作所述第一、所述第二、所述第三、所述第四、所述第五和所述第六四通交叉阀，以引导温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体通过所述供给管线和所述回流管线。
8.根据权利要求4所述的系统，其中：
所述第一阀是第一三通切换阀；
所述第二阀是第二三通切换阀；
所述第一三通切换阀与所述预冷却单元的所述出口、第三三通切换阀、所述预加热单元的所述出口以及第四三通切换阀连接；
所述第二三通切换阀与所述第一再循环装置的所述入口以及所述第二再循环装置的所述入口连接；
所述第三三通切换阀与所述预冷却单元的所述入口和所述出口以及所述第一再循环装置的所述出口连接；
所述第四三通切换阀与所述预加热单元的所述入口和所述出口以及所述第二再循环装置的所述出口连接；
所述控制器能操作以选择性地操作所述第一、所述第二、所述第三、和所述第四三通切换阀，以引导温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体通过所述供给管线和所述回流管线。
9.根据权利要求4所述的系统，其中：
所述第一阀是第一三通切换阀；
所述第二阀是第二三通切换阀；
所述第一三通切换阀与第三三通切换阀以及第四三通切换阀连接；
所述第二三通切换阀与所述第一再循环装置的所述入口以及所述第二再循环装置的所述入口连接；
所述第三三通切换阀与所述预冷却单元的所述出口以及所述第一再循环装置的所述出口连接；
所述第四三通切换阀与所述预加热单元的所述出口以及所述第二再循环装置的所述出口连接；
第一双通阀与所述预冷却单元的所述入口以及所述第一再循环装置的所述出口连接；
第二双通阀与所述预加热单元的所述入口以及所述第二再循环装置的所述出口连接；
第一装有阀的支流管线与所述第一再循环装置的所述出口以及所述入口连接；
第二装有阀的支流管线与所述第二再循环装置的所述出口以及所述入口连接；
所述控制器能操作以选择性地操作所述第一、所述第二、所述第三、和所述第四三通切换阀、所述第一和所述第二双通阀、以及所述第一和所述第二装有阀的支流管线的阀，以引导温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体通过所述供给管线和所述回流管线。
10.根据权利要求4所述的系统，其中：
所述第一阀是第一三通切换阀；
所述第二阀是第二三通切换阀；
所述第一三通切换阀与第三三通切换阀以及第四三通切换阀连接；
所述第二三通切换阀与所述第一再循环装置的所述入口以及所述第二再循环装置的所述入口连接；
所述第三三通切换阀与所述预冷却单元的所述出口以及第五三通切换阀连接；
所述第五三通切换阀与所述预冷却单元的所述入口以及所述第一再循环装置的所述出口连接；
所述第四三通切换阀与所述预加热单元的所述出口以及第六三通切换阀连接；
所述第六三通切换阀与所述预加热单元的所述入口以及所述第二再循环装置的所述出口连接；
可选的第一装有阀的支流管线与所述预冷却单元的所述出口以及所述入口连接；
可选的装有阀的支流管线与所述预加热单元的所述出口以及所述入口连接；
第三装有阀的支流管线与所述第一再循环装置的所述出口以及所述入口 连接；
第四装有阀的支流管线与所述第二再循环装置的所述出口以及所述入口连接；
所述控制器能操作以选择性地操作所述第一、所述第二、所述第三、所述第四、所述第五和所述第六三通切换阀，以及所述装有阀的支流管线的阀，以引导温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体通过所述供给管线和所述回流管线。
11.根据权利要求4的系统，其中：
所述第一阀是第一四通交叉阀；
所述第二阀是第二四通交叉阀；
所述第一四通交叉阀与所述第二四通交叉阀、第三四通交叉阀以及所述第一再循环装置的所述入口连接；
所述第二四通交叉阀与第四四通交叉阀以及所述第二再循环装置的所述入口连接；
所述第三四通交叉阀与所述预冷却单元的所述入口和所述出口，以及所述第一再循环装置的所述出口连接；
所述第四四通交叉阀与所述预加热单元的所述入口和所述出口，以及所述第二再循环装置的所述出口连接；
所述控制器能操作以选择性地操作所述第一、所述第二、所述第三、和所述第四四通交叉阀，以引导温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体通过所述供给管线和所述回流管线。
12.根据权利要求3所述的系统，其中：
所述供给管线与第一阀连接；
所述回流管线与第二阀连接；
所述第一阀与所述第一再循环装置的出口以及所述第二再循环装置的出口流体连通；所述第一阀不与所述预加热单元以及所述预冷却单元流体连通；
所述第二阀与所述第一再循环装置的入口以及所述第二再循环装置的入口流体连通；所述第二阀不与所述预加热单元以及所述预冷却单元流体连 通；
通过使温度在Tpc的液体穿过第一热质，所述预冷却单元提供温度在Tpc的液体，当所述第一再循环装置所提供的温度在T1的液体流过所述第一热质的时候，所述第一热质将温度在T1的所述液体冷却到Tpc；来自所述预冷却单元的温度在Tpc的所述液体和来自所述第一再循环装置的温度在T1的所述液体不混合；
通过使温度在Tph的液体穿过第二热质，所述预加热单元提供温度在Tph的液体，当由所述第二再循环装置所提供的温度在T2的液体流过所述第二热质的时候，所述第二热质将温度在T2的所述液体加热到Tph；来自所述预加热单元的温度在Tph的所述液体和来自所述第二再循环装置的温度在T2的所述液体不混合；
所述控制器能操作以选择性地操作所述第一、和所述第二阀，以引导温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体通过所述供给管线和所述回流管线。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述衬底支撑件不包括加热器，
控制器，其能操作以驱动所述再循环系统的阀，以便在所述室中在多步骤处理期间，所述衬底支撑件在一个步骤期间在时间段Δtc内保持在温度T1并在所述多步骤处理中的另一步骤期间在时间Δth段内保持在温度T2；
所述控制器进一步能操作以驱动所述再循环系统的阀，以便温度在Tph的液体供应到所述流道，紧接着供应在T2的液体，并且在Tpc的液体供应到所述流道，紧接着供应在T1的液体给所述流道。
14.一种操作再循环系统来控制衬底支撑件的温度的方法，所述衬底支撑件上的半导体衬底在半导体处理室中进行多步骤处理，所述方法包括：
将半导体衬底支撑在所述半导体支撑件上，其中所述衬底支撑件上的热区的温度通过使在所述衬底支撑件中的流道中的液体进行循环来控制，所述衬底支撑件包括与所述流道流体连通的入口和出口、与所述出口流体连通的供给管线、以及与所述出口流体连通的回流管线；
供应温度在T1的液体给所述流道，温度在T1的所述液体通过与所述供给管线以及所述回流管线流体连通的第一再循环装置供应；
供应温度在T2的液体给所述流道，温度在T2的所述液体通过与所述供给 管线以及所述回流管线流体连通的第二再循环装置供应，温度T2高于温度T1至少10℃；
供应温度在Tpc的液体给所述流道，温度Tpc低于温度T1至少10℃；
供应温度在Tph的液体给所述流道，温度Tph高于温度T2至少10℃；
供应温度在Tpc的所述液体，紧接着供应温度在T1的所述液体；
供应温度在Tph的所述液体，紧接着供应温度在T2的所述液体。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，当供应温度在Tpc的液体或温度在Tph的液体到所述流道时，使在Tpc的液体或温度在Tph的液体循环，以便所述衬底支撑件的所述热区的温度以至少1℃/秒的初始速率改变。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，使在Tpc的液体或温度在Tph的液体循环，使得所述热区的温度不超过温度T1或温度T2。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述多步骤处理的部分过程中，控制器操作所述再循环系统中的阀以在时间Δtpc段内提供温度在Tpc的液体，紧接着供应在T1的液体，以便迅速产生温度变化并在时间段Δtc内保持所述热区在温度T1；和/或在所述多步骤处理的部分过程中，所述控制器操作所述再循环系统中的阀以在时间段Δtph内供应温度在Tph的液体，紧接着供应在T2的液体，以便迅速产生温度变化并在时间段Δth内保持所述热区在温度T2；其中Δtpc值小于Δtc值且Δtph值小于Δth值。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，当所述热区的所述温度在与T1相差2℃的范围内时，所述控制器操作所述再循环系统中的阀以使供应在Tpc的液体切换到供应在T1的液体；和/或当所述热区的所述温度在与T2相差2℃的范围内时，所述控制器操作所述再循环系统中的阀以使供应在Tph的液体切换到供应在T2的液体。
19.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述供给管线与第一阀连接；
所述回流管线与第二阀连接；
所述第一阀与所述第一再循环装置的出口、提供温度在Tpc的液体的预冷却单元的出口、所述第二再循环装置的出口、以及提供温度在Tph的液体的预加热单元的出口流体连通；
所述第二阀与所述第一再循环装置的入口、所述预冷却单元的入口、所述第二再循环装置的入口、以及所述预加热单元的入口流体连通；
所述方法包括：选择性地操作所述第一和所述第二阀，以引导温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体到所述流道。
20.根据权利要求14所述的方法，其中：
所述供给管线与第一阀连接；
所述回流管线与第二阀连接；
所述第一阀与所述第一再循环装置的出口以及所述第二再循环装置的出口流体连通；所述第一阀不与预冷却单元流体连通；
所述第二阀与所述第一再循环装置的入口以及所述第二再循环装置的入口流体连通；所述第二阀不与预加热单元流体连通；
通过使温度在Tpc的液体穿过第一热质，所述预冷却单元提供温度在Tpc的液体，当由所述第一再循环装置所提供的温度在T1的液体流过所述第一热质的时候，所述第一热质将温度在T1的所述液体冷却到Tpc；来自所述预冷却单元的温度在Tpc的所述液体和来自所述第一再循环装置的温度在T1的所述液体不混合；
通过使温度在Tph的液体穿过第二热质，所述预加热单元提供温度在Tph的液体，当由所述第二再循环装置所提供的温度在T2的液体流过所述第二热质的时候，所述第二热质将温度在T2的所述液体加热到Tph；来自所述预加热单元的温度在Tph的所述液体和来自所述第二再循环装置的温度在T2的所述液体不混合；
所述方法包括选择性地操作所述第一和所述第二阀，以引导温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体给所述流道。
21.根据权利要求14所述的方法，其中：
所述供给管线与第一阀连接；
所述回流管线与第二阀连接；
所述第一阀与所述第一再循环装置的出口以及所述第二再循环装置的出口流体连通；所述第一阀不与预冷却单元流体连通；
所述第二阀与所述第一再循环装置的入口以及所述第二再循环装置的入 口流体连通；所述第二阀不与预加热单元流体连通；
通过使温度在Tpc的液体穿过第一热质，所述预冷却单元提供温度在Tpc的液体，当由所述第一再循环装置所提供的温度在T1的液体流过所述第一热质的时候，所述第一热质将温度在T1的所述液体冷却到Tpc；来自所述预冷却单元的温度在Tpc的所述液体和来自所述第一再循环装置的温度在T1的所述液体不混合；
通过使温度在Tph的液体穿过第二热质，所述预加热单元提供温度在Tph的液体，当由所述第二再循环装置所提供的温度在T2的液体流过所述第二热质的时候，所述第二热质将温度在T2的所述液体加热到Tph；来自所述预加热单元的温度在Tph的所述液体和来自所述第二再循环装置的温度在T2的所述液体不混合；
所述方法包括选择性地操作所述第一和所述第二阀，以引导温度在T1、T2、Tpc或Tph的液体给所述流道。
22.根据权利要求14所述的方法，进一步包括通过供应射频功率给所述衬底支撑件从而施加RF偏置到所述半导体衬底，激励处理气体进入等离子体状态以及等离子体蚀刻进入在所述半导体衬底上的材料的层的开口，在供应在T1的液体给所述流道时蚀刻所述开口持续第一时间段Δtc，以及在供应在T2的液体给所述流道时，蚀刻所述开口持续第二时间段Δth。
23.根据权利要求17所述的方法，其中，所述衬底支撑件不包括电加热器；Δth从50到200秒；Δtc从50到200秒；T1从-10℃至50℃；以及T2从30℃至110℃。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述衬底支撑件不包括电加热器且所述衬底支撑件施加RF偏置给所述半导体衬底；Δth从50到200秒，Δtc从50到200秒；T1从-10℃至50℃；以及T2从30℃至110℃。
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