Simulation des reaktiven Magnetron-Sputterns

Das reaktive Magnetron-Sputtern ist eine Schlüsseltechnologie für eine Vielzahl von Beschichtungsprodukten. Beispiele sind energieeffiziente Architekturverglasungen, Displays, Dünnschicht-Photovoltaik sowie interferenzoptische Filter. Mit zunehmender Hochskalierung der Fertigungskapazitäten hinsichtlich Substratfläche und Durchsatz steigen auch die Anforderungen an die Beschichtungstechnologie hinsichtlich Präzision und Komplexität. Die bisher rein empirische Vorgehensweise beim Einfahren neuer Prozesse bzw. deren Optimierung wird hierdurch immer aufwändiger und zeitkritischer. In dieser Arbeit werden Modelle für Gasströmungen in dreidimensional dargestellten Sputterrezipienten sowie für makroskopische Echtzeit-Modellierung von reaktiven Sputterprozessen entwickelt und implementiert. Das auf Monte-Carlo-Methoden basierende Strömungsmodell wird sowohl anhand analytisch quantifizierbarer Strömungsfälle als auch anhand von Messungen an realen In-line-Sputterrezipienten validiert. Das makroskopische Modell kann durch Abgleich mit experimentellen Messdaten erstmalig in eine quantitativ korrekte Beschreibung von Kennlinienfeldern reaktiver Sputterprozesse überführt werden. Damit steht ein neues Werkzeug zur Verfügung, welches eine modellgestützte Optimierung, Regelung und Monitorierung reaktiver Sputterprozesse ermöglicht, wodurch zukünftig ein erheblicher Anteil an experimenteller Arbeit zur Prozessoptimierung eingespart werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurde hiermit eine dynamische Beschichtung eines Testsubstrats in einer In-line-Beschichtungsanlage simuliert. Dabei spielten die aus der Substratbewegung resultierenden Druckschwankungen eine maßgebliche Rolle für die Prozessdynamik, anhand derer das Schichtdickenprofil einer abgeschiedenen ZnO-Schicht in Transportrichtung vorhergesagt werden konnte.