Knowledge-based symmetry control of technological high-frequency plasmas

In dieser kumulativen Dissertation sind 16 wissenschaftliche Veröffentlichungen des Autors auf dem Gebiet der Niedertemperatur-Hochfrequenzplasmatechnologie zusammengefasst. Ein zent-rales Thema in diesen Arbeiten ist die Untersuchung verschiedener Arten von Plasmaasymmetrie und deren Kontrolle. Konkret wird die geometrische, magnetische und elektrische Asymmetrie sowie der Einfluss von unterschiedlichen Plasmaquellen und Oberflächenmaterialien auf die Entla-dung untersucht. Die zugrundeliegende komplexe Elektronenheizungsdynamik wird auf der Grundlage experimenteller und computerbasierter Untersuchungen auf einer fundamentalen Ebene verstanden. Darüber hinaus werden die Plasma-Oberflächen-Wechselwirkung und ihre Auswirkungen auf industrielle Anwendungen wie Ätz- oder Abscheidungsprozesse über einen wei-ten Bereich von Parametern sowohl in kapazitiv als auch in induktiv gekoppelten Plasmen analysiert

Experimental investigations of plasma dynamics in the hysteresis regime of reactive RF sputter processes

Reactive radio frequency (RF) sputter processes are highly relevant for thin film deposition, but there is no complete understanding of the fundamentals of their operation. While the Berg model describes the hysteresis regime considering the oxygen coverage of the boundary surfaces, a complete fundamental understanding of the plasma–surface interactions and their effects on the discharge is still missing. In this work, we provide such fundamental insights based on an extensive experimental analysis of the physics in the hysteresis regime of magnetized reactive sputter processes, where the same reactive gas admixture can lead to different discharge characteristics depending on the previous state of the plasma. A variety of plasma and surface diagnostics is used to reveal these insights. A low pressure capacitively coupled RF discharge (CCP, 13.56 MHz) with a magnetron-like magnetic field topology adjacent to the target is operated in argon gas with a variable admixture of O$_2$. The applied RF power, the gas flows/pumping speed, as well as the neutral gas pressure are changed systematically to understand the effects of these external control parameters on the hysteresis regime. The magnetic asymmetry effect is found to play an important role, since an axially non-uniform magnetic field is used to realize a local electron confinement at the target. Similar to process control in applications, the DC self-bias is measured to stabilize the surface composition using a feedback controller with the oxygen gas flow as the manipulated variable