ESC（Electrostatic Chuck）静电吸盘是半导体制造设备中通过静电场力实现晶圆固定的核心部件，其凭借“无机械应力、高精度温控”的特性，在刻蚀、沉积等关键工序中替代传统机械夹具，成为7nm以下先进制程的必备组件。其技术核心在于材料性能与电场调控的协同设计。

一、工作原理与结构创新 ESC基于库仑力吸附原理，通过在陶瓷基板内置金属电极（如钼网），施加100-300V直流电压时，电极与晶圆间形成静电场，利用范德华力与镜像力产生吸附力（通常0.5-1.0kg/cm²）。典型三层结构包括： 1、绝缘陶瓷层：采用99.99%高纯氧化铝或氮化铝陶瓷，介电强度>20kV/mm，防止高压击穿； 2、微纳电极层：通过激光刻蚀形成线宽50-100μm的网状电极，电场均匀性误差<3%； 3、功能复合层：表面镀制50nm厚SiNₓ涂层，降低颗粒污染（>0.1μm颗粒吸附率<0.05个/cm²）。 二、材料技术与性能壁垒 1、陶瓷基板的纳米级优化 氮化铝陶瓷凭借230W/(m·K)的热导率，在刻蚀中通过背面氦气冷却（压力80Torr）实现晶圆温度均匀性±0.3℃。其热膨胀系数（4.5×10⁻⁶/℃）与硅片匹配度误差<2%，避免热失配导致的晶圆翘曲（<8μm）。

2、电场-热场协同调控 在台积电3nm EUV刻蚀设备中，ESC通过有限元仿真优化电极布局，将表面电场梯度控制在±2%，配合内置钨电阻丝（功率密度5W/cm²），实现12英寸晶圆的温度稳定在25±0.5℃，确保刻蚀深度均匀性±0.8%。 三、先进制程中的技术挑战 1、超薄晶圆适配：针对30μm以下晶圆，采用多孔陶瓷基板（孔隙率18%）配合负压辅助，将界面应力降低至0.08MPa，防止裂片； 2、静电放电（ESD）防护：在GaN功率器件制造中，ESC表面引入石墨烯导电网络（方阻<80Ω/□），将静电电压峰值控制在30V以内，避免栅极氧化层击穿。