ESC静电吸盘的核心是利用静电感应和电场力实现晶片和玻璃基板等薄工件的非接触式精确固定。本质上，它是一种可控的电容吸附系统，适用于真空和等离子体环境等恶劣的半导体工作条件。同时，它通过不同的吸附机制适应各种工艺要求。
它具有三明治状结构：底层是用于支撑和电路集成的基板，中间层由金属电极（单极、双极或多极）组成，表层覆盖着由氮化铝和氧化铝等材料制成的绝缘导热介电层。在操作过程中，工件充当电容器的上板，内置电极充当下板，介电层充当绝缘介质，形成完整的电容结构，为电场产生奠定基础。
在实际应用中，吸附力主要来源于三种机制，每种机制都适应不同场景的需求。首先是库仑力吸附，适用于理想的绝缘介质层。当施加高压直流电压时，电极产生电场，在工件背面感应出相反的电荷，由相反电荷产生的库仑力实现吸附。该机制提供均匀的吸附力，防止工件变形，适用于需要高平面度的工艺。库仑力的大小与介电常数、施加电压和吸附面积呈正相关，与介电层的厚度呈负相关。二是Johnson Rahbek（J-R）力吸附，主流工业机理，适用于掺杂半导体介质层（具有弱漏电流）。电荷在接触表面的微小间隙中积累，形成微电场，合力为J-R力。这种机制需要较低的电压（500-800V），并产生更强的吸附力，可以克服氦气冷却的压力，适应接触表面的微小粗糙度。第三种是梯度力吸附，常见于交替多电极排列的设计中。正负电极形成非均匀电场，工件两侧的应力差产生单向合力。通过优化电极间距和介电层厚度，可以增强吸附力，使其适用于特殊形状的工件。
以半导体蚀刻工艺为例，整个工作过程分为三个步骤，同时实现工件固定和温度控制。步骤1：工件定位——将晶片转移到卡盘介电层的表面，并调整到装配位置。步骤2：静电吸附——控制器向电极施加设定电压（单极模式下工件充电需要等离子体辅助，而双极模式下工件直接极化），通过库仑力或J-R力实现吸附。吸附力必须大于背面氦气冷却压力，以确保牢固固定。步骤3：处理和释放-在处理过程中，介电层导热，通过将氦气与内置冷却系统协调来调节晶片温度。处理后，切断电压并施加反向静电消除电压以消除残留电荷并避免工件粘附，然后进行晶片转移。
基于非接触吸附原理，ESC静电吸盘从根本上解决了传统机械夹紧造成的划痕和变形问题，以及超高真空环境下真空吸附失败的问题。同时，介电层的材料特性和多区电极设计使吸附过程中能够同步实现均匀的温度控制，完美满足等离子体蚀刻、离子注入和薄膜沉积等核心半导体工艺对精度和稳定性的严格要求。