静电吸盘/静电夹具（electrostatic chuck，E-Chuck，ESC）是一种利用人为地产生静电力来夹持、固定和拾取工件（workpiece）的夹具。
图片来源：creative-technology
与机械夹具相比，它有如下特点：
- 非机械夹持：通过静电力固定物体，避免了传统夹具的物理压力，保护精密材料并节省空间。
- 均匀夹持力：提供一致的夹持力，确保物体稳定并保持平整，优于真空夹具。
- 温度控制：通过电力调节基板温度，确保最佳加工条件，减少热应力。
- 多功能性：适用于各种材料、形状和尺寸，提供灵活的夹持解决方案。
- 减少粒子污染：避免物理接触，降低洁净室中的粒子污染风险，关键于半导体制造。
结构
图片来源：shinko
- Ceramic Disk（陶瓷盘）：晶圆直接与之接触并被吸附
- Electrode（电极）：施加电压产生电场，从而使物体吸附在盘上。
- Heater（加热器）：用于控制静电吸盘的温度
- Baseplate（底板）：提供结构支撑
类型
| 特性 | 库仑型 (Coulombic) | 约翰森-拉布克型 (Johnsen-Rahbek) |
|---|---|---|
| 工作原理 | 基于库仑定律，电荷间的吸引力；施加直流电压，诱发物体表面相反电荷。 | 使用交流电压在电介质表面产生高导电状态，依靠电流流动夹持物体。 |
| 电源 | 直流 | 交流 |
| 介电层 | 绝缘材料 | 具有导电性 |
| 接触要求 | 不依赖物理接触，电场作用即可。 | 需要物体表面与电介质有接触，表面不平整时可能无法有效夹持。 |
| 夹持力 | 夹持力较为均匀，适合精确夹持。 | 在接触区域产生较强的夹持力，但如果接触不良，夹持力较弱。 |
加热/水冷
保持温度均一性很重要
图片来源：upt-co
Dechuck
...
陶瓷（Ceramics）
一般用到氧化铝或氮化铝陶瓷。什么是陶瓷？先看一下材料分类：
| 材料类型 (Material Type) | 主要特点 (Key Characteristics) | 典型材料 (Typical Materials) |
|---|---|---|
| 金属材料 (Metals) | - 导电性和导热性好 - 延展性强 - 高强度 |
铁 (Iron), 铜 (Copper), 铝 (Aluminum), 钢 (Steel) |
| 陶瓷材料 (Ceramics) | - 高硬度、耐高温 - 良好的耐腐蚀性 - 脆性较大 |
氧化铝 (Aluminum Oxide), 氮化硅 (Silicon Nitride), 陶瓷 (Ceramics) |
| 聚合物材料 (Polymers) | - 轻质 - 柔韧性强 - 良好的耐化学腐蚀性 - 可塑性强 |
塑料 (Plastic), 橡胶 (Rubber), 纤维 (Fibers), 尼龙 (Nylon) |
| 复合材料 (Composites) | - 轻质高强 - 耐腐蚀、耐高温 - 设计灵活、性能可定制 |
玻璃钢 (Fiberglass), 碳纤维复合材料 (Carbon Fiber Composites), 木材复合材料 (Wood Composites) |
| 半导体材料 (Semiconductors) | - 可控电导性 - 对外界环境敏感 |
硅 (Silicon), 锗 (Germanium), 氮化镓 (Gallium Nitride) |
“Ceramics” 这个词来源于希腊语“keramos”，意思是“陶土”或“粘土”。它指的是通过高温烧制的无机非金属材料，通常由粘土、石英、长石和其他天然矿物质组成。
参考
- https://www.shinko.co.jp/english/product/equipment/esc.php
- https://creative-technology.co.jp/esc-e/
- https://creative-technology.co.jp/esc-e/genri-e/
- https://www.electrogrip.com/egrip2023/support/assets/Principles7_3faq.pdf
- https://www.spellmanhv.com/en/high-voltage-power-supplies/Industries/Applications/E-Chuck
- https://www.advancedenergy.com/en-us/products/high-voltage-power-supplies/e-chuck/
- https://www.matsusada.com/application/ps/electrostatic_chuck/
- https://patents.google.com/patent/CN102160167B/zh
- https://www.jstage.jst.go.jp/article/pfr/3/0/3_0_051/_pdf