TWI567808B - 半導體基板支座之溫度控制設備及方法 - Google Patents

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Description

半導體基板支座之溫度控制設備及方法
本發明係關於半導體基板支座之溫度控制設備及方法。
隨著各種相繼的半導體技術世代，晶圓直徑趨向於變大且電晶體尺寸縮小，導致有比現今晶圓處理的精確度及再現性還要更高的需求。藉由包括利用真空室的技術對半導體基板材料，例如矽晶圓，進行處理。這些技術包括非電漿作用，例如電子束蒸鍍、以及電漿作用，例如濺鍍沉積、電漿加強化學氣相沈積（PECVD）、光阻剝離、與電漿蝕刻。
就電漿處理系統而言，成功的衡量值包括產能與基板溫度的穩定性。基板溫度影響在基板之上製成的裝置之關鍵尺寸，因此，例如在處理配方的一步驟之中要求有穩定的基板溫度時，就需無顯著的漂移。另一方面，在處理配方之中的不同之處理步驟之最佳的基板溫度將顯著地不同。基板溫度的變化率直接地影響產能。因此，期待具有：能在處理步驟之間快速地改變基板溫度、並且能在一處理步驟之中保持穩定的基板溫度的能力。以電為主的加熱方法將由於必須與電漿處理系統之中所使用的射頻能量相容而變得複雜，因為電加熱器而使其需要有特製的濾波裝置用以保護電源與控制系統。關於電源連接的關係亦存在設計與實施的挑戰。此外，為了最佳化溫度均勻性所涉及的加熱器佈局的挑戰亦顯重要。
一種基板支座之再循環系統，該基板支座之上係支撐著在一真空室之中受一多步驟處理的一半導體基板，該再循環系統包含：一基板支座，具有位在其底座之中的至少一液體流道、一入口與一出口，與該流道呈流體連通、一供流管，與該入口呈流體連通、及一回流管，與該出口呈流體連通；一第一再循環器，提供溫度為T1 的液體至該供流管與該回流管，而該第一再循環器係與該供流管及該回流管呈流體連通；一第二再循環器，提供溫度為T2 的液體至該供流管與該回流管，而該第二再循環器與該供流管及該回流管呈流體連通，溫度T2 則高於溫度T1 至少10°C；一預冷單元，提供溫度為Tpc 的液體至該供流管與該回流管，而溫度Tpc 係低於T1 至少10°C；一預熱單元，提供溫度為的液體Tph 至該供流管與該回流管，而溫度Tph 係高於T2 至少10°C；一控制器，可受操作地選擇性操作該再循環系統之閥件，俾引導由該第一再循環器、該第二再循環器、該預冷單元或該預熱單元所提供之溫度為T1 、T2 、Tpc 或Tph 的液體流過該供流管與該回流管。
一種基板支座之再循環系統的操作方法，該基板支座之上係支撐著在一真空室之中受一多步驟處理的一半導體基板，該操作方法包含：使液體在基板支座之中循環，而該基板支座係具有位在其底座之中的至少一液體流道、與流道呈流體連通的一入口與一出口、與入口呈流體連通的一供流管、與出口呈流體連通的一回流管，其中該操作方法包括：供應溫度為T1 的液體至該流道，而溫度為T1 的液體係由與該供流管及該回流管呈流體連通的一第一再循環器所供應；供應溫度T2 為的液體至該流道，而溫度為T2 的液體係由與該供流管及該回流管呈流體連通的一第二再循環器所供應，溫度T2 則高於溫度T1 至少10°C；供應溫度為Tpc 的液體至該流道，而溫度Tpc 係低於T1 至少10°C；供應溫度為Tph 的液體至該流道，而溫度Tph 係高於T2 至少10°C；在正好供應溫度為T1 的液體之前，先供應溫度為Tpc 的液體；在正好供應溫度為T2 的液體之前，先供應溫度為Tph 的液體。
以下揭露一種再循環系統，藉由使受溫控的液體（例如Fluorinert™的介電流體）循環過嵌在基板支座之中的一或多個流道而能快速地改變位在電漿處理系統之中的基板之溫度，而位在基板支座之上的基板係在電漿室之中受處理。將流道（複數之流道）加以排列而提供單區或多區的溫度控制，故流道係可達成對基板支座之整個基板支座之表面的溫度控制、或對基板支座100之基板支座的表面之單一區域的溫度控制（溫度區），例如中央區或外環區。較佳地，基板的溫度係由流道（複數之流道）之中的液體循環單獨控制，亦即，基板支座較佳地並不具備電加熱器，俾能避免與其相關的問題，例如與電加熱器之射頻（RF）功率控制電路的耦合。較佳地，基板支座具有用以將例如氦之熱傳氣體供應至基板之下方的配置，俾提高基板與基板支座之間的熱傳導，且基板支座可以是接地電極或被供應射頻電流（RF）之接電電極，俾能在基板之上提供射頻偏壓（RF偏壓）或在處理室之中產生電漿。
圖1顯示習知之系統，其中使液體在基板支座100與溫度控制單元之間循環，而溫度控制單元則例如為具有保持在固定之溫度的大量流體之儲槽的再循環器110。一般來自再循環器110的流量約4加侖／分。雖然大量流體之儲槽的大熱容使本方法能夠非常有效地保持穩定的流體溫度，但卻造成流體溫度的變化緩慢而不符多步驟處理期間的需求，其中例如在電漿蝕刻期間將需要快速的基板溫度變化。
如圖2所示，用以在兩不同之處理步驟期間保持兩不同之基板溫度且使溫度在其間改變的習知方法包括將兩溫度控制單元，例如再循環器210與220連接至基板支座100。各再循環器將大量流體（液體）之儲槽保持在其中一處理步驟所需的溫度。設置兩閥件261及262而可協調地改變流過兩再循環器210與220之間的基板支座100之流體。再循環器210與220之中的流體液位差將隨著時間而發生且將其等化就變成是必須的。
就其中的基板支座之中的溫度梯度小且基板支座對熱傳的回應頗一致的電漿處理系統而言，可利用集總熱容量模式描述基板支座。在此模式中，可將基板支座描述成與溫度源呈並聯的熱容及熱阻，而溫度源則可以是循環過基板支座的流體。可由微分方程式得知基板支座的溫度（Tsub ）：（方程式1） 　　其中t為時間、C為基板支座的熱容量、R為溫度源（例如循環流體）與基板支座之間的熱阻、T0 為受溫控之流體源的溫度。熱阻R=1／hA，其中h為溫度源與基板支座之間的熱傳係數且A為熱傳表面面積。基板支座的熱容量C=ρcV，其中ρ為基板支座的密度、c為其比熱且V為其體積。
圖2顯示具有兩種（例如，冷與熱）再循環器的習知系統且圖3顯示基板支座與在基板支座之中循環的液體之代表性的溫度分布。然而，圖3並未考慮電漿對晶圓的加熱，例如，在電漿蝕刻期間，晶圓將高於基板支座的溫度達50至80°C。圖形320顯示流進基板支座100之中的流體之溫度T0 ，其為時間的函數；圖形310顯示對流體溫度產生回應之Tsub ，其為時間的函數。在時間T1 之前，閥件261與262引導來自冷再循環器210的流體流過基板支座100。再循環器210將儲槽溫度保持在T1 。在時間T1 時，閥件261與262中斷來自再循環器210的流體且引導來自熱再循環器220之溫度為T2 的流體流過基板支座100。再循環器220將儲槽溫度保持在T2 ，其高於T1 。在時間T2 時，閥件261與262中斷來自再循環器220的流體且再次引導來自再循環器210的流體流過基板支座100。T1 為時間T1 之前與時間T2 之後的處理步驟所需的基板支座之溫度。T2 為時間T1 與時間T2 之間的處理步驟所需的基板支座之溫度。
為簡化起見，將時間T1 之前的Tsub 假設為T1 。由方程式1導出為時間之函數的Tsub 且將其繪製成圖形310。再循環器210與220之間的流體在時間T1 與時間T2 時發生突然的改變之後，Tsub 立即顯示具有時間常數τ1 =RC的指數變化。時間常數τ1 為衡量Tsub 對突然的流體溫度變化能多快產生回應之的基準。由於基板支座之溫度在處理步驟開始之前必須達到穩定，故時間常數τ1 將影響電漿處理系統的產能。當時間常數τ1 變成與一般之處理步驟的持續時間可相提並論時，時間常數τ1 對產能的影響將變明顯。因此，最小化時間常數τ1 是所希望的。
在此所述之再循環系統與再循環系統的使用方法係藉由一時地使高於或低於所需之基板支座溫度的流體流過基板支座100而加速傳遞到或從基板支座100傳遞來的熱，俾降低時間常數。圖4之中的圖形420顯示流進基板支座100之中的流體之溫度為時間的函數，其中圖形410顯示Tsub 為時間的函數。在時間t3 之前，使溫度為T1 的第一流體流過基板支座100。在時間t3 時，中斷第一流體且使溫度為Tph 的預熱流體流過基板支座100，其中Tph 係高於T2 。在時間t4 時，當Tsub 與T2 在預設的容許誤差之內時（例如在2°C之內，較佳地在1°C之內，且更佳地在0.5°C之內），就中斷預熱的流體且使溫度為T2 的第二流體流過基板支座100。類似地，在時間t5 時，中斷第二流體且使溫度為Tpc 的預冷流體流過基板支座100，其中Tpc 係低於T1 。在時間t6 時，當基板100的溫度與T1 在預設的容許誤差之內時（例如在2°C之內，較佳地在1°C之內，且更佳地在0.5°C之內），就中斷預冷的流體且再次使第一流體流過基板支座100。T1 為在時間t3 之前與在時間t6 之後的處理步驟所需的基板支座之溫度。T2 為在時間t4 與時間t5 之間的處理步驟所需的基板支座之溫度。本發明之再循環系統與再循環系統的使用方法之一優點為：可在Tsub 無顯著的超越量的情況下，更快地到達目標之基板支座溫度。
為簡化起見，將時間t3 之前的Tsub 假設為T1 。Tsub 為由方程式1導出之時間的函數且將其繪製成圖形410。類似於圖3之中的圖形310，Tsub 顯示出在時間t3 與時間t5 之後的具有時間常數τ2 之指數變化，其中τ2 係小於τ1 。此變短的時間常數係提高電漿處理系統的產能。較佳地，Tph 係高於T2 至少10°C，更佳地，至少高於30°C。較佳地，Tpc 係低於T1 達至少10°C，更佳地，至少低於30°C。t4 與t3 之間的差距（ΔTph ）為t4 與t5 之間的時段（Δth ）的分數。例如，Δth 為50至200秒，且ΔTph 可達Δth 的50%、30%或10%。較佳地，ΔTph 不超過60秒，例如，達40秒、達20秒、達10秒、或達5秒。t6 與t5 之間的差距（ΔTpc ）為t6 與預熱的流體開始流過基板支座100時的下一時間點之間的時段（Δtc ）的分數。例如，Δtc 為50至200秒，且ΔTpc 可小於Δth 的50%、30%或10%。較佳地，Δtc 不超過60秒，例如，小於40秒、達20秒、達10秒或達5秒。較佳地，T1 為-10°C至50°C，更佳地，為10°C至50°C。較佳地，T2 為30°C至110°C，更佳地，為70°C至110°C。較佳地，T2 高於T1 至少10°C，例如，高於T1 至少20°C、至少30°C、至少40°C、或至少50°C。較佳地，在τ2 期間的Tsub 之變化率至少為1°C／秒。在例示性的處理中，其中在各步驟之中，當Tsub 待被交替地保持在溫度T1 與溫度T2 達50秒，且τ1 達50秒及τ2 達25秒時，則根據在此所述之一實施例的再循環系統將能夠提高產能達約33%。
預熱的液體、預冷的液體、第一液體及第二液體之流量可以是固定或變動的，例如，相同或不同之流量。例示性的流量達每分鐘30公升，例如，約每分鐘18公升。
以下描述圖4所示之方法的實施方式，其中採用一隔開的溫度控制單元（預充加熱單元或PREH）及另一隔開的溫度控制單元（預充冷卻單元或PREC）。
在第一實施例中，將一再循環器當作PREH使用且將另一再循環器當作PREC使用，藉此，得以與主再循環器結合，而使流體以四種溫度（T1 、T2 、Tpc 、Tph ）的其中一種進行循環。如圖5A所示，510為具有T1 之儲槽溫度的主再循環器、530為具有Tpc 之儲槽溫度的PREC、520為具有T2 之儲槽溫度的主再循環器，而T2 係高於T1 至少10°C、至少20°C、至少30°C、至少40°C、至少50°C、至少60°C、或更高、及540為具有Tph 之儲槽溫度的PREH。使閥件配置561與562自動地運作而協調地引導來自其中一個再循環器的流體流進基板支座100。圖5A顯示控制器590與閥件配置561及562之間的邏輯連接關係的簡化圖，雖然未顯示實施方式的細節，閥件配置561及562係將再循環器510-540連接至基板支座100。較佳地，PREC將流體（液體）的溫度Tpc 冷卻到低於再循環器510所循環的流體之溫度T1 達至少10°C、至少20°C、至少30°C、至少40°C、至少50°C、至少60°C、或更低。較佳地，PREH將流體的溫度Tph 加熱到高於再循環器520所循環的流體之溫度T2 達至少10°C、至少20°C、至少30°C、至少40°C、至少50°C、至少60°C、或更高。
在圖5A的實施方式中，來自再循環器530之溫度為Tpc 的流體係流過管線511、閥件561、管線512、基板支座100、管線513、閥件562、管線514，且流回到再循環器530。為了轉換成來自再循環器510之溫度為T1 的流體，故使閥件561、562連接至管線515、516，俾能使來自再循環器510的流體流過管線515、閥件561、管線512、流過基板支座100、管線513、閥件562、管線516，且流回到再循環器510。為了轉換成溫度為Tph 的流體，故使閥件561、562連接至管線517、518，俾能使來自再循環器540的流體流過管線517、閥件561、管線512、基板支座100、管線513、閥件562、管線518，且流回到再循環器540。為了使溫度為T2 的流體循環，故使閥件561、562連接至管線518a、519且來自再循環器520的流體係通過管線518a、閥件561、管線512、基板支座100、管線513、閥件562、管線519，且流回到再循環器520。控制器590係致動閥件561與562。
圖5B顯示第一實施例之一實施方式，其中複數之三通切換閥571-576協調地引導來自其中之一再循環器的流體流到基板支座100之中。如圖7C及圖7D所示，三通切換閥730具有共通流道735、第一分支道731及第二分支道732。三通切換閥730可受操作地建立共通流道735與第一分支道731之間的流體連通、或建立共通流道735與第二分支道732之間的流體連通。可使用的三通切換閥包括Swagelok 40系列與40G系列閥件。三通切換閥730可為電致動者。
參照圖4與圖5B，在時間t3 之前，來自再循環器510之溫度為T1 的流體依序地流過管線521、閥件575、管線522、閥件571、管線523、基板支座100、管線524、閥件572、管線525、閥件573、管線526，且流回到再循環器510。在時間t3 與時間t4 之間，來自再循環器540之溫度為Tph 的流體依序地流過管線541、閥件576、管線542、閥件571、管線523、基板支座100、管線524、閥件572、管線543、閥件574、管線544、且流回到再循環器540。在時間t4 與時間t5 之間，來自再循環器520之溫度為T2 的流體依序地流過管線545、閥件576、管線542、閥件571、管線523、基板支座100、管線524、閥件572、管線543、閥件574、管線546，且流回到再循環器520。在時間t5 與時間t6 之間，來自再循環器530之溫度為Tpc 的流體依序地流過管線547、閥件575、管線522、閥件571、管線523、基板支座100、管線524、閥件572、管線525、閥件573、管線548，且流回到再循環器530。在時間t6 之後，流動的形態與時間t3 之前相同。二通閥件577、579、578及580係連接於分別導向再循環器530、510、540及520之各入口與各出口的分管之間。控制器591係致動閥件571-580。
如圖7E與圖7F所示，二通閥720具有兩流道721及722且可受操作地建立或消除兩流道721及722之間的流體連通。例示性的二通閥之細節可由Swagelok 40系列與40G系列的型錄得知。三通切換閥720可為電致動者。二通閥可受操作地呈通路，且當來自其各自的再循環器之流體並非流到基板支座100之中時，得以使流體僅在其各自的再循環器之中循環。
圖5C顯示第一實施例之另一種配置，其中複數之四通交叉閥581-586協調地引導來自其中一再循環器的流體流到基板支座100之中。如圖7A與圖7B所示，四通交叉閥740具有第一流道741、第二流道742、第三流道743及第四流道744。如圖7B所示，四通交叉閥740可受操作地建立第一與第二流道741與742及第三與第四流道743與744之間的流體連通、或如圖7A所示，建立第一與第四流道741與744及第二與第三流道742與743之間的流體連通。例示性的四通交叉閥之細節可由Swagelok 40系列與40G系列的型錄得知。四通交叉閥740可為電致動者。
參照圖4及圖5C，在時間t3 之前，來自再循環器510之溫度為T1 的流體依序地流過管線551、閥件583、管線552、閥件581、管線553、基板支座100、管線554、閥件582、管線568、閥件581、管線555、閥件585、管線556，且流回到再循環器510。在同一時間，使其它的再循環器保持在待命狀態，俾能使來自再循環器530的流體循環過管線557、閥件583、管線558、閥件585及管線559而流回到再循環器530；使來自再循環器540流體循環過管線561、閥件586、管線562、閥件582、管線563、閥件584、管線564且流回到再循環器540；使來自再循環器520的流體循環過管線565、閥件586、管線566、閥件584及管線567而流回到再循環器540。
在時間t3 與時間t4 之間，來自再循環器540之溫度為Tph 的流體依序地流過管線561、閥件586、管線562、閥件582、管線568、閥件581、管線553、基板支座100、管線554、閥件582、管線563、閥件584、管線564，且流回到再循環器540。在同一時間，使來自再循環器530的流體循環過管線557、閥件583、管線552、閥件581、管線555、閥件585、管線559而流回到再循環器530；使來自再循環器510的流體循環過管線551、閥件583、管線558、閥件585、管線556而流回到再循環器510；且使來自再循環器520的流體循環過管線565、閥件586、管線566、閥件584、管線567而流回到再循環器520。
在時間t4 與時間t5 之間，來自再循環器520之溫度為T2 的流體依序地流過管線565、閥件586、管線562、閥件582、管線568、閥件581、管線553、基板支座100、管線554、閥件582、管線563、閥件584、管線567，且流回到再循環器520。在同一時間，使來自再循環器530的流體循環過管線557、558、559及閥件583與585；使來自再循環器510的流體循環過管線551、552、555、556及閥件583、581與585；且使來自再循環器540的流體循環過管線561、閥件586、管線566、閥件584、管線564而流回到再循環器540。
在時間t5 與時間t6 之間，來自再循環器530之溫度為Tpc 的流體依序地流過管線557、閥件583、管線552、閥件581、管線553、基板支座100、管線554、閥件582、管線568、閥件581、管線555、閥件585、管線559，且流回到再循環器530。在同一時間，使來自再循環器510的流體循環過管線551、閥件583、管線558、閥件585及管線556而流回到再循環器510；使來自再循環器540的流體循環過管線561、閥件586、管線562、閥件582、管線563、閥件584、管線564且流回到再循環器540；且使來自再循環器520的流體循環過管線565、閥件586、管線566、閥件584、管線567且流回到再循環器520。在時間t6 之後，流動的形態與時間t3 之前相同。控制器592係致動閥件581-586。
圖5C所示之實施例具有以下優點：整個循環系統的流體一直在流動（亦即，無靜止的流體體積）且可立即將四種溫度T1 、T2 、Tpc 、Tph 的任一種溫度的流體供應到基板支座。
第二實施例係使用兩個線上加熱與冷卻單元當作PREH與PREC。線上單元具有微小的內部體積且可將其描述成由獨立的能量源所供之單一熱質量。線上單元係具有足夠大的固有熱容量，俾能在流體通過線上單元時，使流體溫度在T1 、T2 、Tpc 、與Tph 之間變化。線上單元為Noah Precision POU 3300／3500、Komatsu FRV-6000或任一適當的等效裝置。如圖6A所示，610為具有T1 之低儲槽溫度的主再循環器、當作PREC使用的線上冷卻單元630，俾藉由使來自主再循環器610的流體流過線上單元630而將其冷卻到Tpc 的溫度、620為具有T2 之高儲槽溫度的主再循環器、及當作PREH使用的線上加熱單元640，俾藉由使來自主再循環器620的流體流過線上單元640而將其加熱到Tph 的溫度。閥件663可受操作地引導來自主再循環器610的流體通過管線611，俾能經由管線612、閥件661、管線613、基板支座100、管線614、閥件662、管線615而旁通過或通過線上單元630，且流回到再循環器610。閥件664可受操作地引導來自主再循環器620的流體通過管線616，俾能經由管線617、閥件661、管線613、基板支座100、管線614、閥件662、管線618而旁通過或通過線上單元640，且流回到再循環器620。閥件661與662協調地引導來自再循環器610與620之其中一個的流體、或線上單元630與640之其中一個的流體，流到基板支座100之中。雖然未顯示實施方式的細節，但圖6A為顯示出再循環器、線上單元與基板支座100之間的邏輯連接關係的簡化圖。控制器695係致動閥件661-664。
圖6B顯示第二實施例之實施方式，其中複數之三通切換閥671-674與二通閥675-676協調地引導來自其中一個再循環器或其中一個線上單元的流體流到基板支座100之中。參照圖4與圖6B，在時間t3 之前，來自再循環器610之溫度為T1 的流體流過管線621，依序地流過閥件673、管線622、閥件671、管線623、基板支座100、管線624、閥件672、管線625，且流回到再循環器610。在時間t3 與時間t4 之間，來自再循環器620之溫度為Tph 的流體流過管線626，依序地流過閥件676、線上單元640、管線627、閥件674、管線628、閥件671、管線623、基板支座100、管線624、閥件672、管線629，且流回到再循環器620。在時間t4 與時間t5 之間，來自再循環器620之溫度為T2 的流體，依序地流過管線631、閥件674、管線628、閥件671、管線623、基板支座100、管線624、閥件672、管線629且流回到再循環器620。在時間t5 與時間t6 之間，來自再循環器610之溫度為Tpc 的流體，依序地流過管線632、閥件675、管線636、線上單元630、管線633、閥件673、管線622、閥件671、管線623、基板支座100、管線624、閥件672、管線625，且流回到再循環器610。在時間t6 之後，流動的形態與時間t3 之前相同。
二通閥677係位在再循環器610之入口與出口延伸出來的管線621與625之間的分管634之上。二通閥678係位在再循環器620之入口與出口延伸出來的管線631與629之間的分管635之上。二通閥677與678可受操作地呈通路且當其各自的再循環器並未供應流體到基板支座100之中時，得以使流體直接或經由線上單元地僅在各自的再循環器之中進行局部循環。二通閥675與閥件673協調地引導來自再循環器610的流體，俾能通過或旁通過線上單元630。二通閥676與閥件674協調地引導來自再循環器620的流體，俾能通過或旁通過線上單元640。控制器696係致動閥件671-678。
圖6C顯示第二實施例之另一實施方式，其中複數之三通切換閥681-684與687-688協調地引導來自其中一再循環器或其中一線上單元的流體流到基板支座100之中。參照圖4及圖6C，在時間t3 之前，來自再循環器610之溫度為T1 的流體依序地流過管線641、閥件687、管線642、閥件683、管線643、閥件681、管線644、基板支座100、管線645、閥件682、管線646，且流回到再循環器610。在時間t3 與時間t4 之間，來自再循環器620之溫度為Tph 的流體依序地流過管線651、閥件688、管線652、線上單元640、管線653、閥件684、管線654、閥件681、管線644、基板支座100、管線645、閥件682、管線655，且流回到再循環器620。在時間t4 與時間t5 之間，來自再循環器620之溫度為T2 的流體依序地流過管線651、閥件688、管線656、閥件684、管線654、閥件681、管線644、基板支座100、管線645、閥件682、管線655，且流回到再循環器620。在時間t5 與時間t6 之間，來自再循環器610之流體依序地流過管線641、閥件687、管線647、線上單元630、管線648、閥件683、管線643、閥件681、管線644、基板支座100、管線645、閥件682、管線646，且流回到再循環器610。在時間t6 之後，流動的形態與時間t3 之前相同。
二通閥件685、686、689與690係分別位在連接於線上單元630與640及再循環器610與620之各入口及各出口之間的分管649、657、658、659之上。二通閥689與690可受操作地呈通路且當藉由再循環器610使流體直接或經由線上單元630的其中一種方式供應到基板支座100時，得以使再循環器620之中的流體進行局部的再循環、或當再循環器620供應流體到基板支座100時，得以使流體通過分管658而流到再循環器610地進行局部的再循環。二通閥685與686可受操作地呈通路且當線上單元不再供應流體到基板支座100之中時，得以使流體在其各自的線上單元之中進行局部的再循環。藉由此種配置，閥件687與683係協調地引導來自再循環器610的流體，俾能使流體流經或旁通過線上單元630。同樣地，閥件688與684係協調地引導來自再循環器620的流體，俾能使流體流經或旁通過線上單元640。控制器697係致動閥件681-690。
圖6D顯示第二實施例之另一實施方式，除了省略了二通閥685與686以外，其與圖6C的實施例相同。控制器698係致動閥件681-684與687-690。
圖6E顯示第二實施例之另一實施方式，其中複數之四通交叉閥691-694協調地引導來自其中一再循環器或線上單元的流體流到基板支座100之中。控制器699係致動閥件691-694。
參照圖4及圖6E，在時間t3 之前，來自再循環器610之溫度為T1 的流體流過管線661，而依序地流過閥件693、管線662、閥件691、管線663、基板支座100、管線664、閥件692、管線665、閥件691、管線666，且流回到再循環器610。在同一時間，使來自線上單元630的流體循環過管線667、668與閥件693；使來自線上單元640的流體循環過管線671、672與閥件694；且使來自再循環器620的流體循環過管線673、674、675及閥件694與692。
在時間t3 與時間t4 之間，來自再循環器620之溫度為Tph 的流體依序地流過管線673、閥件694、管線672、線上單元640、管線671、閥件694、管線674、閥件692、管線665、閥件691、管線663、基板支座100、管線664、閥件692、管線675，且流回到再循環器620。在同一時間，使來自線上單元630的流體循環過管線667、668與閥件693；且使來自再循環器610的流體循環過管線661、662、666及閥件693與691。
在時間t4 與時間t5 之間，來自再循環器620之溫度為T2 的流體依序地流過管線673、閥件694、管線674、閥件692、管線665、閥件691、管線663、基板支座100、管線664、閥件692、管線675，且流回到再循環器620。在同一時間，使來自線上單元630的流體循環過管線667、668與閥件693；使來自再循環器610的流體循環過管線661、662、666及閥件693與691；且使來自線上單元640的流體循環過管線671、672與閥件694。
在時間t5 與時間t6 之間，來自再循環器610之溫度為Tpc 的流體依序地流過管線661、閥件693、管線668、線上單元630、管線667、閥件693、管線662、閥件691、管線663、基板支座100、管線664、閥件692、管線665、閥件691、管線666，且流回到再循環器610。在同一時間，使來自再循環器620之流體循環過管線673、674、675及閥件694與692；且使來自線上單元640的流體循環過管線671、672與閥件694。在時間t6 之後，流動的形態與時間t3 之前相同。
圖6E所示之實施例具有以下優點：整個循環系統之中的流體一直在流動（亦即無靜止的體積）且可藉由再循環器610、620與線上單元630、640分別地調整其溫度。
圖6F顯示一實施方式，其中一線上單元6630係用於提供溫度為T1 或Tpc 的流體，另一線上單元6640則用於提供溫度為T2 或Tph 的流體。循環泵浦6610與6620驅動流體流過基板支座100與線上單元6630及6640。控制器6690係致動閥件6661與6662，俾引導來自線上單元6630及6640的流體流過基板支座100、將來自線上單元6630之流體的溫度設定成T1 或Tpc 、且將來自線上單元6640之流體的溫度設定成T2 或Tph 。閥件6661可受操作地引導來自循環泵浦6610的流體通過管線6611而通過線上單元6630、流過管線6612、閥件6661、管線6613、基板支座100、管線6614、閥件6662、管線6615且流回到循環泵浦6610。閥件6662可受操作地引導來自循環泵浦6620的流體通過管線6616而通過線上單元6640、流過管線6617、閥件6661、管線6613、基板支座100、管線6614、閥件6662、管線6618且流回到循環泵浦6620。閥件6661與6662協調地引導來自線上單元6630與6640的其中一個的流體流到基板支座100之中。圖6F為未顯示本實施方式之所有細節的簡化圖，其顯示出循環泵浦、線上單元與基板支座100之間的邏輯連接關係。
圖8顯示一實施例，其中兩個三通切換閥971-972協調地引導來自再循環器910與920之其中一個的流體流到基板支座100之中且兩個三通切換閥973與974設定來自再循環器910與920之流體的溫度。
參照圖4與圖8，在時間t3 之前，來自再循環器910之溫度為T1 的流體依序地流過管線921、熱質量950、管線922、閥件971、管線923、基板支座100、管線924、閥件972、管線925，且流回到再循環器910；在同一時間，使來自預冷單元930之溫度為Tpc 的流體依序地流過管線951、閥件973、管線957且流回到預冷單元930，俾能旁通過熱質量950；來自再循環器910而流過熱質量950的流體並未被加熱或冷卻，而仍保持在T1 的溫度；來自預熱單元940之溫度為Tph 的流體依序地流過管線952、閥件974、管線954、熱質量960、管線956且流回到預熱單元940；來自預熱單元940與熱質量960的流體呈溫度為Tph 的熱平衡；來自再循環器920之溫度為T2 的流體依序地流過管線931、管線935、閥件978、管線929且流回到再循環器920，俾旁通過熱質量960。
在時間t3 與時間t4 之間，來自再循環器910之溫度為T1 的流體依序地流過管線921、管線934、閥件977、管線925，且流回到再循環器910；在同一時間，來自預冷單元930之溫度為Tpc 的流體依序地流過管線951、閥件973、管線953、熱質量950、管線955且流回到預冷單元930；在t5 之前，熱質量950與來自預冷單元930之溫度為Tpc 的流體達到熱平衡；溫度為Tph 之來自預熱單元940的流體依序地流過管線952、閥件974、管線954、熱質量960、管線956且流回到預熱單元940；來自預熱單元940的流體與熱質量960呈溫度為Tph 的熱平衡；來自再循環器920之溫度為T2 的流體依序地流過管線931、熱質量960，其足以使來自再循環器920的流體從溫度T2 被加熱到溫度Tph 、管線971、閥件971、管線923、基板支座100、管線924、閥件972、管線929，且流回到再循環器920。
在時間t4 與時間t5 之間，來自再循環器910之溫度為T1 的流體依序地流過管線921、管線934、閥件977、管線925，且流回到再循環器910；來自預冷單元930之溫度為Tpc 的流體依序地流過管線951、閥件973、管線953、熱質量950、管線955且流回到預冷單元930；在t5 之前，熱質量950與來自預冷單元930之溫度為Tpc 的流體達到熱平衡；在同一時間，來自預熱單元940之溫度為Tph 的流體依序地流過管線952、閥件974、管線958，且流回到預熱單元940；來自再循環器920之溫度為T2 的流體依序地流過管線931、熱質量960、管線971、閥件971、管線923、基板支座100、管線924、閥件972、管線929，且流回到再循環器920；來自再循環器920的流體與熱質量960呈溫度為T2 的熱平衡。
在時間t5 與時間t6 之間，來自再循環器910之溫度為T1 的流體依序地流過管線921、熱質量950，其足以使來自再循環器910的流體從溫度T1 被冷卻到溫度Tpc 、管線922、閥件971、管線923、基板支座100、管線924、閥件972、管線925，且流回到再循環器910；在同一時間，來自預冷單元930之溫度為Tpc 的流體依序地流過管線951、閥件973、管線953、熱質量950、管線955且流回到預冷單元930；來自預冷單元930的流體與熱質量950呈溫度為Tpc 的熱平衡；來自預熱單元940之溫度為Tph 的流體依序地流過管線952、閥件974、管線954、熱質量960、管線956且流回到預熱單元940；在基板支座100被加熱之前，熱質量960與來自預熱單元940之溫度為Tph 的流體達到熱平衡；來自再循環器920之溫度為T2 的流體依序地流過管線931、管線935、閥件978、管線929，且流回到再循環器920。
在時間t6 之後，流動的形態與時間t3 之前相同。
二通閥件977與978係分別位在連接於再循環器910與920的各入口與各出口之間的分管934與935之上。控制器996係致動閥件971-974與977-978。來自預冷單元930的液體與來自再循環器910的液體並不互混；來自再循環器940的液體與來自再循環器920的液體並不互混。
本發明之循環系統可用於引導液體流過涵蓋整個基板支座的流道或流過涵蓋基板支座之一溫度區的流道。
包含閥件與流動管線之本發明的循環系統更包含適當的邏輯控制單元與適當的致動機構，俾能根據預先程式化的處理配方及／或對處理監測系統產生之回應而用以自動地控制且致動閥件。
在此所述之循環系統可與任何半導體處理設備搭配使用，其中此種半導體處理設備被期待達成基板支座之快速溫度所需要的快速改變，例如電漿蝕刻機或化學氣相沈積系統。此種設備與處理的例子可見於共同讓渡之美國專利第7,274,004號、第6,847,014號、第6,770,852號，在此將其全部內容列為參考資料。
根據一實施例之例示性的循環系統，當其具備能以18L／分的流量及達100psi的壓力提供-10至90°C之液體的再循環器時，將具有4000W的冷卻能力。在例示性的處理中，T2 係高於T1 達至少50°C。T1 與T2 為從10°C至75°C。基板支座係具有5000J／°C的加熱能力且Δth 及Δtc 為以°C為單位之T1 與T2 之間的差異之至少四倍。圖9顯示例示性之多步驟處理的代表性的溫度資料。例示性的多步驟處理係包含藉由供應射頻功率給基板支座而對半導體基板施加射頻偏壓（RF偏壓）、將處理氣體激發到電漿狀態及電漿蝕刻出到達半導體基板之中的一層材料之開口，而該開口係在供應溫度為T1 的液體到流道時被蝕刻達一第一時段Δtc 且在供應溫度為T2 的液體到流道時被蝕刻達一第二時段Δth 。
雖然已藉由其特定的實施例詳細說明本發明之基板支座的溫度控制系統，但熟習本項技藝之人士應清楚瞭解：在不脫離所附之申請專利範圍所界定之權利範圍的情況下，可對本發明進行各種改變及修改，且可採用等效的裝置。在此所述之溫度控制系統並非僅限於電漿處理系統，其可用於任何含有基板支座之適當的設備。
100‧‧‧基板支座
110、210、220、510、520、530、540、610、620、910、920‧‧‧再循環器
261、262、561、562、661、662、663、664、6661、6662‧‧‧閥件
511、512、513、514、515、516、517、518、518a、519、521、522、523、524、525、526、541、542、543、544、545、546、547、548、551、553、554、555、556、557、558、559、561、562、563、564、565、566、567、568、611、612、613、614、615、616、617、618、621、622、623、624、625、626、627、628、629、631、632、633、634、635、636、641、642、643、644、645、646、647、648、649、651、652、653、654、655、656、657、658、659、661、662、663、664、666、667、668、671、672、673、674、675、6611、6612、6613、6614、6615、6616、6617、6618、921、922、923、924、925、928、929、931、934、935、951、952、953、954、955、956、957、958‧‧‧管線
571、572、573、574、575、576、671、672、673、674、681、682、683、684、687、688、730、971、972、973、974‧‧‧三通切換閥
577、578、579、580、675、676、677、678、685、686、689、690、720、977、978‧‧‧二通閥
581、582、583、584、585、586、691、692、693、694、740‧‧‧四通交叉閥
590、591、592、695、696、697、698、699、996、6690‧‧‧控制器
630、640、6630、6640‧‧‧線上單元
721、722、731、732、735、741、742、743、744‧‧‧流道
930‧‧‧預冷單元
940‧‧‧預熱單元
950、960‧‧‧熱質量
6610、6620‧‧‧循環泵浦
t、t1、t2、t3、t4、t5、t6‧‧‧時間
T0、T1、T2‧‧‧溫度
Tsub‧‧‧基板支座溫度
Tpc‧‧‧預冷溫度
Tph‧‧‧預熱溫度
τ1、τ2‧‧‧時間常數
圖1顯示習知技術之溫度控制系統的圖式。
圖2顯示習知技術之另一溫度控制系統的圖式。
圖3為圖2之基板支座與溫度控制系統的溫度對時間的圖形。
圖4為根據本發明之實施例所述之基板支座與溫度控制系統的溫度對時間的圖形。
圖5A顯示根據本發明之實施例所述之用以供應不同之溫度的流體之四種受溫控的流體源與溫度控制系統之中的基板支座之間的流體連接關係之圖式。
圖5B顯示根據一實施例之溫度控制系統。
圖5C顯示根據一實施例之溫度控制系統。
圖6A顯示根據本發明之實施例所述之用以供應不同之溫度的流體之四種受溫控的流體源與溫度控制系統之中的基板支座之間的流體連接關係之圖式。
圖6B顯示根據一實施例之溫度控制系統。
圖6C顯示根據一實施例之溫度控制系統。
圖6D顯示根據一實施例之溫度控制系統。
圖6E顯示根據一實施例之溫度控制系統。
圖6F顯示根據一實施例之溫度控制系統。
圖7A與圖7B分別顯示四通交叉閥之兩種狀態的示意圖。
圖7C與圖7D分別顯示三通切換閥之兩種狀態的示意圖。
圖7E與圖7F分別顯示二通閥之兩種狀態的示意圖。
圖8顯示根據一實施例之溫度控制系統。
圖9顯示對例示性的多步驟處理之實際的測試資料。
t、t1、t2、t3、t4、t5、t6‧‧‧時間
T0、T1、T2‧‧‧溫度
Tsub‧‧‧基板支座溫度
Tpc‧‧‧預冷溫度
Tph‧‧‧預熱溫度
τ1、τ2‧‧‧時間常數

Claims (23)

  1. 一種電漿處理系統，具有利於將受溫控的液體供應到一基板支座的一再循環系統，而該基板支座之上係支撐著在一半導體處理室之中的處理期間受一多步驟處理的一半導體基板，該電漿處理系統包含：        一供流管，用以將液體傳送到該基板支座的一入口，該基板支座則具有供該液體在其中循環的一流道，俾用以將該基板支座之一表面上的一溫度區保持在一所需溫度；        一回流管，用以在該液體循環過該流道之後供該液體從該基板支座之一出口流回；        一第一再循環器，其可受操作地將溫度為T1 的該液體供應至該供流管且從該回流管回收該液體，而該第一再循環器係與該供流管與該回流管呈流體連通；        一第二再循環器，其可受操作地將溫度為T2 的該液體供應至該供流管且從該回流管回收該液體，而該第二再循環器係與該供流管與該回流管呈流體連通；        一預冷單元，其可受操作地將溫度為Tpc 的該液體供應至該供流管；        一預熱單元，其可受操作地將溫度為Tph 的液體供應至該供流管；        複數之電致動閥，藉由該複數之電致動閥使該第一再循環器或該第二再循環器連接至該供流管與該回流管、或使液體循環進或循環過該預冷單元與該預熱單元，俾能可受操作地將溫度為T1 、T2 、Tpc 或Tph 的液體供應至該供流管。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理系統，更包含一控制器，其可受操作地引導溫度為T1 的液體正好流過該供流管與該回流管達一段時段Δtc 之前，先引導溫度為Tpc 的液體流過該供流管與該回流管達一段時段ΔTpc ，俾能在一部分之該多步驟處理的期間將該基板支座之一溫度區保持在溫度T1 達該段時段Δtc ，其中ΔTpc 為Δtc 的分數。
  3. 如申請專利範圍第2項之電漿處理系統，其中該控制器可受操作地引導溫度為T2 的液體正好流過該供流管與該回流管達一段時段Δth 之前，先引導溫度為Tph 的液體流過該供流管與該回流管達一段時段ΔTph ，俾能在一部分之該多步驟處理的期間將該基板支座之該溫度區保持在溫度T2 達該段時段Δth ，其中ΔTph 為Δth 的分數。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿處理系統，其中： 　　該供流管供流管係連接至一第一閥； 　　該回流管係連接至一第二閥； 　　該第一閥與該第一再循環器之一出口、該預冷單元之一出口、該第二再循環器之一出口、及該預熱單元之一出口呈流體連通； 　　該第二閥與該第一再循環器之一入口、該預冷單元之一入口、該第二再循環器之一入口、及該預熱單元之一入口呈流體連通； 　　該控制器可受操作地選擇性操作該第一及第二閥，俾引導溫度為T1 、T2 、Tpc 或Tph 的液體流過該供流管與該回流管。
  5. 如申請專利範圍第4項之電漿處理系統，其中： 　　該第一閥係連接至該第一再循環器之入口、該第二再循環器之入口、該預熱單元之入口及該預冷單元之入口； 　　該第二閥係連接至該第一再循環器之出口、該第二再循環器之出口、該預熱單元之出口及該預冷單元之出口。
  6. 如申請專利範圍第4項之電漿處理系統，其中： 　　該第一閥為一第一三通切換閥； 　　該第二閥為一第二三通切換閥； 　　該第一三通切換閥係連接至一第三三通切換閥與一第四三通切換閥； 　　該第二三通切換閥係連接至一第五三通切換閥與一第六三通切換閥； 　　該第三三通切換閥係連接至該預冷單元之出口、及該第一再循環器之出口； 　　該第五三通切換閥係連接至該預冷單元之入口、及該第一再循環器之入口； 　　該第四三通切換閥係連接至該預熱單元之出口、及該第二再循環器之出口； 　　該第六三通切換閥係連接至該預熱單元之入口、及該第二再循環器之入口； 　　一第一配閥的分管，連接至該預冷單元之出口與入口； 　　一第二配閥的分管，連接至該預熱單元之出口與入口； 　　一第三配閥的分管，連接至該第一再循環器之出口與入口； 　    一第四配閥的分管，連接至該第二再循環器之出口與入口；        該控制器可受操作地選擇性操作第一、第二、第三及第四配閥的分管之閥件與第一、第二、第三、第四、第五及第六三通切換閥，俾引導溫度為T1 、T2 、Tpc 或Tph 的液體流過該供流管與該回流管。
  7. 如申請專利範圍第4項之電漿處理系統，其中： 　　該第一閥為一第一四通交叉閥； 　　該第二閥為一第二四通交叉閥； 　　該第一四通交叉閥係連接至該第二四通交叉閥、一第三四通交叉閥、及一第五四通交叉閥； 　　該第二四通交叉閥係連接至一第四四通交叉閥、及一第六四通交叉閥； 　　該第三四通交叉閥係連接至該第五四通交叉閥、該預冷單元之出口及該第一再循環器之出口；        該第五四通交叉閥係連接至該預冷單元之入口及該第二再循環器之入口； 　　該第四四通交叉閥係連接至該第六四通交叉閥、該預熱單元之入口及該第二再循環器之入口；        該第六四通交叉閥係連接至該預熱單元之出口及該第二再循環器之出口； 　　該控制器可受操作地選擇性操作該第一、該第二、該第三、該第四、該第五及該第六四通交叉閥，俾引導溫度為T1 、T2 、Tpc 或Tph 的液體流過該供流管與該回流管。
  8. 如申請專利範圍第4項之電漿處理系統，其中： 　　該第一閥為一第一三通切換閥； 　　該第二閥為一第二三通切換閥； 　　該第一三通切換閥係連接至該預冷單元之出口、一第三三通切換閥、該預熱單元之出口及一第四三通切換閥； 　　該第二三通切換閥係連接至該第一再循環器之入口及該第二再循環器之入口； 　　該第三三通切換閥係連接至該預冷單元之入口與出口及該第一再循環器之出口； 　　該第四三通切換閥係連接至該預熱單元之入口與出口及該第二再循環器之出口； 　　該控制器可受操作地選擇性操作該第一、該第二、該第三、及該第四三通切換閥，俾引導溫度為T1 、T2 、Tpc 或Tph 的液體流過該供流管與該回流管。
  9. 如申請專利範圍第4項之電漿處理系統，其中： 　　該第一閥為一第一三通切換閥； 　　該第二閥為一第二三通切換閥； 　　該第一三通切換閥係連接至一第三三通切換閥與一第四三通切換閥； 　　該第二三通切換閥係連接至該第一再循環器之入口與該第二再循環器之入口；        該第三三通切換閥係連接至該預冷單元之出口與該第一再循環器之出口；        該第四三通切換閥係連接至該預熱單元之出口與該第二再循環器之出口； 　　一第一二通閥係連接至該預冷單元之入口與該第一再循環器之出口； 　　一第二二通閥係連接至該預熱單元之入口與該第二再循環器之出口； 　　一第一配閥的分管係連接至該第一再循環器之出口與入口； 　　一第二配閥的分管係連接至該第二再循環器之出口與入口； 　　該控制器可受操作地選擇性操作該第一、該第二、該第三、及該第四三通切換閥、該第一與該第二二通閥及該第一與該第二配閥的分管之閥件，俾引導溫度為T1 、T2 、Tpc 或Tph 的液體流過該供流管與該回流管。
  10. 如申請專利範圍第4項之電漿處理系統，其中： 　　該第一閥為一第一三通切換閥； 　　該第二閥為一第二三通切換閥； 　　該第一三通切換閥係連接至一第三三通切換閥、及一第四三通切換閥； 　　該第二三通切換閥係連接至該第一再循環器之入口與該第二再循環器之入口； 　　該第三三通切換閥係連接至該預冷單元之出口與一第五三通切換閥；        該第五三通切換閥係連接至該預冷單元之入口與該第一再循環器之出口； 　　該第四三通切換閥係連接至該預熱單元之出口與一第六三通切換閥；        該第六三通切換閥係連接至該預熱單元之入口與該第二再循環器之出口；        一選配的第一配閥的分管係連接至該預冷單元之出口與入口； 　　一選配的配閥的分管係連接至該預熱單元之出口與入口； 　　一第三配閥的分管係連接至該第一再循環器之出口與入口； 　　一第四配閥的分管係連接至該第二再循環器之出口與入口； 　　該控制器可受操作地選擇性操作該第一、該第二、該第三、該第四、該第五及該第六三通切換閥、與該配閥的分管之閥件，俾引導溫度為T1 、T2 、Tpc 或Tph 的液體流過該供流管與該回流管。
  11. 如申請專利範圍第4項之電漿處理系統，其中： 　　該第一閥為一第一四通交叉閥； 　　該第二閥為一第二四通交叉閥； 　　該第一四通交叉閥係連接至該第二四通交叉閥、一第三四通交叉閥、與該第一再循環器之入口； 　　該第二四通交叉閥係連接至一第四四通交叉閥、與該第二再循環器之入口； 　　該第三四通交叉閥係連接至該預冷單元之入口及出口與該第一再循環器之出口； 　　該第四四通交叉閥係連接至該預熱單元之入口及出口與該第二再循環器之出口； 　　該控制器可受操作地選擇性操作該第一、該第二、該第三、與該第四四通交叉閥，俾引導溫度為T1 、T2 、Tpc 或Tph 的液體流過該供流管與該回流管。
  12. 如申請專利範圍第3項之電漿處理系統，其中： 　　該供流管係連接至一第一閥； 　　該回流管係連接至一第二閥； 　　該第一閥與該第一再循環器之一出口及該第二再循環器之一出口呈流體連通，而該第一閥與該預熱單元或該預冷單元則不呈流體連通； 　　該第二閥與該第一再循環器之一入口及該第二再循環器之一入口呈流體連通，而該第二閥與該預熱單元或該預冷單元則不呈流體連通； 　　該預冷單元係藉由傳送通過一第一熱質量而來的溫度為Tpc 之液體而提供溫度為Tpc 的液體，而該第一熱質量則在溫度為T1 的液體流過該第一熱質量時，將該第一再循環器所提供之溫度為T1 的液體冷卻到Tpc ，且來自該預冷單元之溫度為Tpc 的液體與來自該第一再循環器之溫度為T1 的液體並不互混； 　　該預熱單元係藉由傳送通過一第二熱質量而來的溫度為Tph 之液體而提供溫度為Tph 的液體，而該第二熱質量則在溫度為T2 的液體流過該第二熱質量時，將該第二再循環器所提供之溫度為T2 的液體加熱到Tph ，且來自該預熱單元之溫度為Tph 的液體與來自該第二再循環器之溫度為T2 的液體並不互混； 　　該控制器可受操作地選擇性操作該第一與該第二閥，俾引導溫度為T1 、T2 、Tpc 或Tph 的液體流過該供流管與該回流管。
  13. 如申請專利範圍第1項之電漿處理系統，其中該基板支座不具備一加熱器，        一控制器，可受操作地致動該再循環系統之閥件，俾能在該處理室之多步驟處理期間，使該基板支座在一步驟期間保持在溫度T1 達一段時段Δtc 且在該多步驟處理的另一步驟期間保持在溫度T2 達一段時段Δth ， 　　該控制器更可受操作地致動該再循環系統之閥件，俾能在正好供應溫度為T2 的液體之前，先供應溫度為Tph 的液體到流道，且在正好供應溫度為T1 的液體到流道之前，先供應溫度為Tpc 的液體到流道。
  14. 一種再循環系統之操作方法，用以控制一基板支座的溫度，而該基板支座之上係支撐著在一半導體處理室之中受一多步驟處理的一半導體基板，該再循環系統之操作方法包含以下步驟： 　　一支撐步驟，在該基板支座之上支撐一半導體基板，其中藉由使液體在該基板支座之中的一流道之中循環而控制該基板支座上的一溫度區之溫度，而該基板支座係具有與該流道呈流體連通之一入口與一出口，一供流管與該入口呈流體連通，且一回流管與該出口呈流體連通； 　　一溫度為T1 的液體之供應步驟，供應溫度為T1 的液體至該流道，而溫度為T1 的液體則由與該供流管及該回流管呈流體連通的一第一再循環器所供應； 　　一溫度為T2 的液體之供應步驟，供應溫度為T2 的液體至該流道，而溫度為T2 的液體則由與該供流管及該回流管呈流體連通的一第二再循環器所供應； 　　一溫度為Tpc 的液體之供應步驟，供應溫度為Tpc 的液體至該流道； 　　一溫度為Tph 的液體之供應步驟，供應溫度為Tph 的液體至該流道； 　　在正好溫度為T1 的液體的供應之前，先供應溫度為Tpc 的液體； 　　在正好溫度為T2 的液體的供應之前，先供應溫度為Tph 的液體。
  15. 如申請專利範圍第14項之再循環系統之操作方法，其中使溫度為Tpc 的液體或溫度為Tph 的液體循環，俾能在供應溫度為Tpc 的液體或溫度為Tph 的液體到該流道時，得以使該基板支座之該溫度區的溫度以至少為1°C／秒的初始變化率產生變化。
  16. 如申請專利範圍第14項之再循環系統之操作方法，其中使溫度為Tpc 的液體或溫度為Tph 的液體循環，俾能使該溫度區的溫度不超越溫度T1 或溫度T2 。
  17. 如申請專利範圍第14項之再循環系統之操作方法，其中一控制器操作該再循環系統之中的閥件，俾能在正好供應溫度為T1 的液體之前，先供應溫度為Tpc 的液體達一段時段ΔTpc ，藉以快速地達成溫度變化且在一部分的多步驟處理期間將該溫度區保持在T1 的溫度達一段時段Δtc 、及／或該控制器操作該再循環系統之中的閥件，俾能在正好供應溫度為T2 的液體之前，先供應溫度為Tph 的液體達一段時段ΔTph ，藉以快速地達成溫度變化且在一部分的多步驟處理期間將該溫度區保持在T2 的溫度達一段時段Δth ，其中ΔTpc 為Δtc 的分數且ΔTph 為Δth 的分數。
  18. 如申請專利範圍第16項之再循環系統之操作方法，其中當該溫度區的溫度與T1 的差在2°C之內時，控制器將操作閥件而從供應溫度為Tpc 的液體改變成供應溫度為T1 的液體、及／或當該溫度區的溫度與T2 的差在2°C之內時，控制器將操作閥件而從供應溫度為Tph 的液體改變成供應溫度為T2 的液體。
  19. 如申請專利範圍第17項之再循環系統之操作方法，其中： 　　該供流管供流管係連接至一第一閥； 　　該回流管係連接至一第二閥； 　　該第一閥與該第一再循環器之一出口、提供溫度為Tpc 的液體之一預冷單元之一出口、該第二再循環器之一出口、及提供溫度為Tph 的液體之一預熱單元之一出口呈流體連通； 　　該第二閥與該第一再循環器之一入口、該預冷單元之一入口、該第二再循環器之一入口、及該預熱單元之一入口呈流體連通； 　　該再循環系統之操作方法係包括選擇性地操作該第一與第二閥，俾引導溫度為T1 、T2 、Tpc 或Tph 的液體流到流道。
  20. 如申請專利範圍第14項之再循環系統之操作方法，其中： 　　該供流管係連接至一第一閥； 　　該回流管係連接至一第二閥； 　　該第一閥與該第一再循環器之一出口及該第二再循環器之一出口呈流體連通，而該第一閥與一預冷單元則不呈流體連通； 　　該第二閥與該第一再循環器之一入口及該第二再循環器之一入口呈流體連通，而該第二閥與一預熱單元則不呈流體連通； 　　該預冷單元係藉由傳送通過一第一熱質量而來的溫度為Tpc 之液體而提供溫度為Tpc 的液體，而該第一熱質量則在溫度為T1 的液體流過該第一熱質量時，將該第一再循環器所提供之溫度為T1 的液體冷卻到Tpc ，且來自該預冷單元之溫度為Tpc 的液體與來自該第一再循環器之溫度為T1 的液體並不互混； 　　該預熱單元係藉由傳送通過一第二熱質量而來的溫度為Tph 之液體而提供溫度為Tph 的液體，而該第二熱質量則在溫度為T2 的液體流過該第二熱質量時，將該第二再循環器所提供之溫度為T2 的液體加熱到Tph ，且來自該預熱單元之溫度為Tph 的液體與來自該第二再循環器之溫度為T2 的液體並不互混； 　　該再循環系統之操作方法包括選擇性操作該第一與該第二閥，俾引導溫度為T1 、T2 、Tpc 或Tph 的液體流到該流道。
  21. 如申請專利範圍第14項之再循環系統之操作方法，更包含藉由供應射頻功率給基板支座而對半導體基板施加射頻偏壓（RF偏壓）、將處理氣體激發到一電漿狀態及電漿蝕刻出到達半導體基板之中的一層材料之開口，而該開口係在供應溫度為T1 的液體到流道時被蝕刻達一第一時段Δtc 且在供應溫度為T2 的液體到流道時被蝕刻達一第二時段Δth 。
  22. 如申請專利範圍第14項之再循環系統之操作方法，其中該基板支座並不具備一電加熱器，而Δth 為從50至200秒、Δtc 為從50至200秒、T1 為從-10°C至50°C、且T2 為從30°C至110°C。
  23. 如申請專利範圍第21項之再循環系統之操作方法，其中該基板支座並不具備一電加熱器且該基板支座對該半導體基板施加一射頻偏壓（RF偏壓），而Δth 為50至200秒、Δtc 為從50至200秒、T1 為從-10°C至50°C、且T2 為從30°C至110°C。
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