Korrelation von Plasma- und Schichteigenschaften bei der reaktiven Plasmasynthese von Hartstoffschichten

Von:

Martin Gottfried Engels

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Die Entwicklung industrieller PVD-Prozesse zur Herstellung von Beschichtungen für Werkzeuge und Bauteile ist üblicherweise äußerst komplex. Speziell bei der Verwendung von Hochleistungsplasmen ergibt sich aus der Vielzahl an einstellbaren Prozessparametern eine große Anzahl an Freiheitsgraden für die Prozessgestaltung und Schichtentwicklung. Die Plasmadiagnostik ist ein geeigneter Ansatz, um eine effizientere und ökonomischere Entwicklung industrieller Beschichtungsprozesse zu realisieren. Hieraus kann eine deterministische Beschreibung der Einflüsse der Prozessparameter auf die Plasmaeigenschaften erarbeitet mit den Resultaten von ausgewählten Beschichtungsprozessen korreliert werden. Es existieren bereits vielfältige Erkenntnisse, die sich jedoch meist auf den Labormaßstab oder einfache Beschichtungen beschränken und sich nur schwer auf industrielle Prozesse oder komplexe Schichtsysteme übertragen. Zur Lösung dieser Probleme werden in dieser Arbeit Erkenntnisse zu deterministischen Zusammenhängen zwischen Plasma- und Schichteigenschaften in industriellen Beschichtungsprozessen vorgestellt. Zu diesem Zweck werden Methoden zur Plasmadiagnostik in PVD-Prozessen im industriellen Maßstab entwickelt. Dabei stehen eine Durchführung von substratseitiger Plasmadiagnostik unter Verwendung der Biasspannung sowie die Möglichkeit zur ortsaufgelösten Analyse von Prozessen mit mehreren Kathoden im Fokus. Bei der Korrelation von Plasma- und Schichteigenschaften erfolgen die Arbeiten für einfache und komplexe Geometrien. Abschließend das Potential von künstlichen neuronalen Netzwerken zur Analyse der stark nichtlinearen Zusammenhänge zwischen den Plasma- und Schichteigenschaften für mehrere variierende Prozessparameter evaluiert.