陶瓷静电卡盘（ESC）是一种利用静电力吸附来对不同工件进行夹持和固定的工艺装置，有些静电卡盘还兼具加热、加载射频信号、测量腔室等离子状态的功能。由于静电卡盘颗粒度低、稳定性好、并且在固定衬底时不会破坏膜层及衬底结构，静电卡盘越来越多地应用于半导体及光学领域的先进制程中。

图 静电卡盘，来源：新光电气

静电卡盘是利用晶圆和电极之间产生的库伦力（Coulombic）或是利用晶圆和电极之间产生的约翰逊--拉别克力（Johnsen-Rahbek，J-R）来达到固定晶圆的目的。

图 J-R ESC（左）和库伦类ESC（右）工作原理

●库仑力是在载置于静电吸盘的电介体层表面上的晶圆和静电吸盘的电极之间产生的静电吸附力。

●约翰逊·拉别克力是在载置于静电吸盘的电介体层表面上的晶圆和电介体层表面之间产生的静电吸附力。

按照主体材料材质划分，可分为氧化铝、氮化铝、碳化硅；依据静电卡盘的吸附原理来对静电卡盘进行分类，可分为库伦型和约翰逊-拉别克型（J-R）两大类。

1、库伦型静电卡盘

库伦力静电卡盘又可称为电介质静电卡盘，纯电介质(氧化铝、氮化铝等)做成的吸盘，吸附力较小，电极需要高电压，约3000-4000V。

库伦型静电卡盘工作原理

库伦型静电卡盘的介电层绝缘电阻的体电阻率较高，通常应大于1016Ω·cm，属于绝缘材料。在加载吸附电压时，静电荷聚集在吸附电极上，很难迁移到静电卡盘吸附面上，基于此，静电卡盘的吸附力主要来自于电极与晶圆之间的库仑力。

库伦型静电卡盘制作难度低，选用的材料更简单（纯度高的氧化铝陶瓷即可实现），应用较为广泛。

2、J-R型静电卡盘

J-R型静电卡盘由氧化铝、氮化铝、氧化硅等掺杂适量的金属粉末混凝烧结的吸盘，本质上具有一定的弱导电性。施加电压时，电荷能够集中在表面附近电极间的距离小，吸附力大，所需的电压较小，约500-800V。

图J-R型静电卡盘工作原理

J-R型静电卡盘介电层的体电阻率通常在109Ω·cm～1011Ω·cm范围内，属于半导体材料。通常静电卡盘介电层设计的响应时间τ<1s，因此电极上的电荷可以在极短的时间内迁移到静电卡盘表面。静电卡盘表面电荷与晶圆之间存在静电吸附力，从而实现静电卡盘吸附晶圆的功能。

图 J-R ESC和库仑ESC的吸附力

相对于库伦型静电卡盘来说，J-R型静电卡盘实现吸附功能的静电荷距离晶圆的距离更近，因此在加载相同吸附电压的情况下，J-R型静电卡盘可以实现更高的吸附力。J-R型静电卡盘结构在吸附晶圆的过程中使用的吸附电压更低，对晶圆造成静电损伤的影响更小。

依据静电卡盘电极的个数来对静电卡盘进行分类，静电卡盘可以分为单极型静电卡盘和双极型静电卡盘。

1.单极型静电卡盘

单极型静电卡盘只有在腔室等离子体启辉的时候，才能形成有效的吸附回路，从而实现吸附晶圆的作用。因此单极型静电卡盘只有在腔室产生等离子时，才能实现吸附晶圆的作用，这有可能会使晶圆的位置发生移动，降低工艺的一致性。

图 单极型静电卡盘工作原理

2.双极型静电卡盘

双极型静电卡盘的两极可以形成吸附回路来吸附晶圆，因此在腔室没有等离子时，双极型静电卡盘仍具有吸附晶圆的功能。这极大地增加了工艺的稳定性，因此在大多数半导体设备中，多数使用的是双极静电卡盘结构。

图 双极型静电卡盘工作原理

静电卡盘采用静电引力来固定和支撑晶圆，与采用机械卡盘和真空吸盘固定和支撑晶圆相比，静电卡盘具有很多优势，是半导体领域中关键器件。

来源：

1.孙诗壮, 赵晋荣. 库仑型静电卡盘吸附力受电极结构及晶圆氧化层影响的研究.

2.孙诗壮, 赵晋荣. 晶圆材料对J-R型静电卡盘吸附力影响的研究.

2026年半导体陶瓷产业论坛

The Semiconductor Ceramics Industry Forum

温小姐：18126443075（同微信）

邮箱：wenxiaoting@aibang.com

扫码添加微信，咨询展会详情

长按识别二维码关注公众号，点击下方菜单栏左侧“微信群”，申请加入交流群。