Les facteurs fondamentaux influant sur la force d'adsorption des mandrins électrostatiques ESC peuvent être classés en quatre types: caractéristiques du matériau, paramètres structurels, paramètres de fonctionnement et environnement de travail. Ces facteurs sont liés entre eux et déterminent directement la stabilité, l'uniformité et l'adaptabilité de l'adsorption, avec une analyse détaillée comme suit:
1. Caractéristiques matérielles
Les matériaux constituent la garantie fondamentale de la force d'adsorption, et leur impact central réside dans l'effet de la conduction de charge et de la formation de champs électriques.
Matériel et performances de la couche diélectrique
La constante diélectrique et la résistivité du volume de la couche diélectrique déterminent directement le mécanisme d'adsorption et l'ampleur de la force d'adsorption. Une constante diélectrique plus élevée se traduit par un champ électrique plus fort et une force d'adsorption plus grande (en particulier la force de Coulomb); Les céramiques de nitrure d'aluminium ont une constante diélectrique plus élevée que l'oxyde d'aluminium et offrent de meilleures performances d'adsorption. La résistivité du volume doit être adaptée avec précision au mécanisme d'adsorption: pour les mandrins de force J-R, elle doit être contrôlée dans la plage de 10 ⁹–10 ¹²Ω·cm. Une résistivité excessivement élevée fera que le mandrin ait tendance à présenter des caractéristiques de force de Coulomb (force d'adsorption faible et exigence de haute tension), tandis que une résistivité excessivement basse provoquera un courant de fuite excessif et une atténuation subséquente de la force d'adsorption. En outre, la pureté et la compactesse de la couche diélectrique affectent la capacité d'accumulation de charge; Les impuretés ou pores peuvent provoquer une distorsion du champ électrique et réduire la force d'adsorption locale.
Epaisseur de couche diélectrique
La force d'adsorption est négativement corrélée à l'épaisseur de la couche diélectrique (force d'adsorption ∝1/d² dans la formule de force de Coulomb). Une couche plus mince entraîne une intensité de champ électrique plus concentrée et une force d'adsorption plus forte, mais une couche trop mince réduira les performances d'isolation et augmentera le risque de panne. Une balance doit donc être frappée en combinaison avec des paramètres de tension, avec l'épaisseur industrielle classique allant de 0,1 à 0,5 mm.
Caractéristiques du matériau de la pièce
La conductivité électrique et les propriétés diélectriques de la pièce affectent l'efficacité de l'induction de charge. Les pièces de travail conductrices / semi-conducteurs peuvent induire des charges rapidement et assurer une force d'adsorption stable; Les pièces isolantes ont une vitesse d'induction de charge lente et nécessitent une correspondance avec des conceptions d'électrodes spécifiques (par exemple, multipolaires) pour améliorer l'adsorption. Les pièces porouses ou rugueuses réduisent la zone de contact effective et affaiblissent la force d'adsorption locale, qui doit être compensée par l'optimisation de la microstructure de surface.
2. Facteurs de conception structurelle
Les paramètres structurels déterminent la distribution du champ électrique et l'efficacité de la conduction de la force, en mettant l'accent sur les électrodes et la précision globale.
Conception d'électrodes
Les types d'électrodes (unipolaire/bipolaire/multipolaire) affectent la couverture du champ électrique. Les électrodes unipolaires présentent des champs électriques concentrés et une force d'adsorption forte (supérieure aux électrodes bipolaires à la même tension), mais une faible uniformité; Les électrodes bipolaires/multipolaires permettent une distribution plus uniforme du champ électrique mais nécessitent un espacement réduit des électrodes pour compenser la force d'adsorption. Le nombre d'électrodes et la densité d'arrangement (par exemple, l'espacement des électrodes interdigitées) ont un impact direct sur la force d'adsorption locale - plus l'espacement est petit, plus l'effet de superposition de champ électrique est évident et plus la force d'adsorption est concentrée. En outre, la conductivité électrique des matériaux d'électrode (cuivre, tungstène, etc.) affecte la vitesse de réponse au champ électrique et influe indirectement sur l'efficacité de l'établissement de la force d'adsorption.
Précision de la surface d'adsorption
Les écarts dans la planéité globale et le parallélisme de la surface d'adsorption peuvent conduire à un ajustement inégal de la pièce à travailler, à des espaces de contact locaux trop grands, à des fuites de champ électrique et à une atténuation de la force d'adsorption. Dans les procédés semi-conducteurs, lorsque la planéité dépasse 1 μm et le parallélisme dépasse 5 μm, une force d'adsorption de bord insuffisante et une déformation de la pièce à travailler sont susceptibles de se produire, ce qui nécessite un contrôle de précision dans des plages standard.
Performance d'étanchéité structurelle
Pour les conditions de travail de refroidissement sous vide et à l'hélium, la structure d'étanchéité du mandrin affecte la fuite de gaz. Une pression d'hélium arrière trop élevée peut compenser une partie de la force d'adsorption. Il est donc nécessaire de réduire la perméation des gaz grâce à des conceptions d'étanchéité optimisées (par exemple, des matériaux d'anneaux d'étanchéité et des structures de rainures) pour assurer une force d'adsorption stable.
3. Facteurs de paramètre de fonctionnement
Les paramètres de fonctionnement régulent directement l'ampleur et la stabilité de la force d'adsorption, en mettant l'accent sur la tension, le contrôle de la température et les paramètres d'élimination statique.
Tension appliquée
La force d'adsorption est positivement corrélée au carré de la tension appliquée (une règle suivie à la fois de la force de Coulomb et de la force J-R) - plus la tension est élevée, plus la force d'adsorption est forte. Cependant, la tension doit correspondre à la capacité d'isolation de la couche diélectrique pour éviter la panne. Les mandrins de force Coulomb nécessitent une haute tension de 3000-4000V, tandis que les mandrins de force J-R n'ont besoin qu'd'une basse tension de 500-800V. Le fonctionnement en surtension accélérera le vieillissement de la couche diélectrique et réduira plutôt la stabilité de la force d'adsorption.
Durée et mode d'application de tension
L'application de tension à long terme est sujette à l'accumulation de charge, ce qui entraîne une augmentation de la force d'adsorption résiduelle, mais une accumulation excessive provoquera la saturation du champ électrique local et un ralentissement de la croissance de la force d'adsorption. Le mode d'application de tension d'impulsion peut réduire l'accumulation de charge et améliorer la contrôlabilité de la force d'adsorption, ce qui le rend plus adapté aux conditions de travail à long terme que la tension continue.
Contrôle de la température
Les températures de processus trop élevées réduisent la résistivité de la couche diélectrique, augmentent le courant de fuite et affaiblissent la force d'adsorption; Les températures trop basses ralentissent la vitesse de migration des charges et prolongent le temps d'établissement de la force d'adsorption. Pendant ce temps, la distribution inégale de la température conduit à des différences dans les performances de la couche diélectrique et à une distribution déséquilibrée de la force d'adsorption. Il est donc nécessaire de maintenir la stabilité de la température par le contrôle de la température multi-zone et des couches diélectriques à haute conductivité thermique.
4. Facteurs de l ' environnement de travail
L'environnement extérieur modifie indirectement la force d'adsorption en affectant les performances du matériau et la stabilité du champ électrique.
Degré de vide
Un environnement à vide ultra-élevé (10-5 Pa et inférieur) réduit la concentration de molécules de gaz adsorbées sur la surface de la couche diélectrique, diminue la perte de charge et entraîne une force d'adsorption légèrement plus élevée que dans l'environnement atmosphérique. Cependant, la tension de décomposition de la couche diélectrique diminue sous vide, ce qui nécessite une réduction de la tension de fonctionnement pour éviter les risques, ce qui influe indirectement sur la limite supérieure de la force d'adsorption.
Environnement plasma
Le plasma dans des processus tels que la gravure et l'implantation d'ions bombarde la surface de la couche diélectrique, ce qui entraîne une rugosité de surface accrue et une atténuation des performances diélectriques, ce qui provoquera une diminution progressive de la force d'adsorption avec une utilisation à long terme. Dans le même temps, le plasma peut aider à charger la pièce de travail des mandrins unipolaires et améliorer la force d'adsorption. Il faut donc trouver un équilibre entre les effets du bombardement au plasma et la charge auxiliaire.
Impurités et humidité environnementales
Dans l'environnement atmosphérique, la poussière et les particules bloquent le contact entre la pièce de travail et la couche diélectrique, réduisant la zone d'adsorption efficace; une humidité élevée réduit l'isolation de la couche diélectrique, augmente le courant de fuite et affaiblit la force d'adsorption. Le mandrin doit donc être utilisé en conjonction avec un environnement ultra-propre et à faible humidité.