在性能要求方面，要满足在高真空等离子体或特气环境中对晶圆进行夹持和温度控制等需求，就需要加入其他导电物质，以使静电卡盘总体电阻率满足功能性要求。还需要在较低的烧结温度下实现纳米级陶瓷粉体快速致密化。如此才能制备出专用陶瓷材料，该材料致密性高、晶体结构稳定、体电阻率分布均匀且符合静电卡盘使用特性。静电卡盘表面处理后还要达到0.01微米左右的涂层。因此，制造静电卡盘，需要非常了解材料的导热性，需要非常了解材料的耐磨性，需要非常了解材料的硬度指标，对精密机加工技术要求很高，对表面处理技术要求也很高。

高要求表明静电卡盘制造难度极大。接下来探讨静电卡盘制造难点究竟在哪些方面 。

复杂的结构设计

静电卡盘的主体结构包含三部分，分别是电介质吸附层、电极层、基底层，这三部分都呈层状结构，在静电卡盘内相互叠合，其中自表层到底座的顺序依次是电介质吸附层、电极层和基底层。

三层型静电卡盘模型

静电卡盘的结构类似三明治，但它可比三明治复杂多了。

基座是静电卡盘的主体结构，它主要承担散热与固定的作用，基座层一般由陶瓷材料制成，要保证其有良好的导热性与硬度，它一般位于静电卡盘最下部，是静电卡盘与设备的连接部分，能将硅片加工产生的热量通过基座层导出，同时基座内含电极柱，可保证电极层与外部电压导通。

电极层通常处于基底和吸附层之间，其厚度在数微米至数十微米的范围，材料多为金属，借助电极柱与外部电压导通从而获取高压，并作用于吸附层。据清华大学潘伟教授所言，部分静电卡盘具备加热功能，而内部加热电极层的设计颇具挑战性 。

吸附层是静电卡盘中最重要的部分，它的厚度一般只有数十微米，内含可以自由移动的导电粒子，具有有限电阻，一般采用在陶瓷材料中少量掺杂的方式调节电阻率至所需范围，吸附层上一般还有凸点及沟道等辅助结构，这些辅助结构具有散热与排气等作用，其表面处理后需要达到0.01微米左右的涂层，才能确保卡盘的稳定性和耐用性 。

重点是，静电卡盘进行设计时，往往需要考虑其应用场景的具体需求，比如增加分区温控温区数量，以此满足更高精度的加工需求。现代静电卡盘已有产品被研发出来，这些产品拥有超过100个温区，并且已投入实际应用‌。

制造技术难度高

静电卡盘的制造涉及两个重要环节，原材料选择与烧结。

原材料

（1）基底层材料

一般基底层会选择陶瓷材料来制造，通常选氧化铝或氮化铝。氮化铝陶瓷是工业界普遍看好的新型材料，它不仅有优良的综合机械性能，还有极高的导热性能。所以高端静电卡盘会选择氮化铝作为基底层。而目前，高纯度氮化铝粉体的制备，不管是成本还是技术难度，都远高于氧化铝。

（2）电极层材料

在电极层材料方面，导电银浆较为常用，因为它具有非常优异的常温导电性，还具有硬度、附着性及耐弯折性。

（3）吸附层材料

吸附层是静电卡盘中最重要的功能结构层，其材料的选择对功能性影响很大，依据对静电卡盘原理的分析，吸附层材料体电阻率要控制在108至109Ω·cm才能满足功能需求，同时吸附层要满足高热导率，要满足高耐磨性，要具备良好的电性能，还要有与硅片匹配的热膨胀系数。所以选择氮化铝陶瓷作为吸附层的主体材料，并且通过掺杂调阻的方式，让它的体电阻率满足功能的需求。

烧结

确定了氮化铝陶瓷静电卡盘的三层式总体结构后，氮化铝陶瓷静电卡盘制造方式中存在两种不同方案。

（1）整体式烧结

对静电卡盘进行整体烧结，制造时将三层结构一同烧结。它的优点是能够减少工艺步骤，还能让三层结构结合得更牢靠，缺点是烧结工艺难度增加，由于三层分别采用不同材料，烧结工艺条件差别很大，若要同时烧结存在很高难度。

整体烧结流程图

（2）分层式烧结

对静电卡盘开展分层烧结，随后把各层进行封装连接，还要确保各层具备功能性。它的优点是对每一层都单独进行加工，能让各层加工条件不受到其他层的限制，进而可以保证各层的加工质量，不过缺点是工艺步骤有所增加，在加工好各层之后需要增添封装连接工艺，并且要保证连接后不会影响各层的工作性能。

温度控制很棘手

晶片的温度大小会直接决定最终的工艺品质，晶片温度的均匀性也会直接决定最终的工艺品质，晶片的温度大小及其均匀性还会直接决定良率，所以提高静电卡盘对晶片温度的控制能力，对提高成品率很重要，对改善工艺质量很重要，对提高工艺效率也很重要。

在IC制造工艺的刻蚀、物理气相沉积、化学气相沉积等当中，不同加工工艺对晶片温度要求不同，比如，典型的PVD涂层加工温度在250至450℃之间，不过在有些情形下，依据应用领域和涂层质量，PVD涂层温度会低于70℃或者高于600℃ 。