Simulationen zur Gasdynamik in Sputterprozessen

Jan Trieschmann, Ralf Peter Brinkmann, Thomas Mussenbrock, Stefan Bienholz, Peter Awakowicz, Ricardo Henrique Brugnara, Nazlim Bagcivan, Kirsten Bobzin

DPG Früh­jahrs­ta­gung 2013, Jena, Ger­ma­ny, 25 February - 01 March


Abstract

Magnetron Sputtering (DC-MS und HPPMS) ist für viele PVD- Prozesse zur Erzeugung von Korrosions- und Abnutzungsschutzschichten von großer Bedeutung; insbesondere die Kenntnis über die gasdyamischen Vorgänge innerhalb der benutzten Reaktorkammer. In komplexen Reaktorgeometrien ist die Beschreibung der räumlichen Verteilung von Teilchen nur mittels numerischer Modelle möglich. Abhängig von der Geometrie des Reaktors und dem Prozessdruck (vgl. Knudsen-Zahl Kn) können Kontinuums- oder kinetische Modelle, wie die Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) Methode, benutzt werden. In dieser Arbeit werden DSMC-Simulationen verschiedener Magnetron Sputteranlage diskutiert. Die Simulationen basieren auf der frei verfügbaren Software OpenFOAM. In den untersuchten Reaktoren ist die Strömung mit einer Knudsen-Zahl von Kn = 1 im Übergangsbereich. Es werden Simulationsergebnisse zur Gasdynamik (Argon und Stickstoff) innerhalb der Reaktoren, sowie zum Sputter-, beziehungsweise Abscheideprozess von Aluminium und Chrom diskutiert und analysiert. Des Weiteren werden diese Ergebnisse unterstützt durch experimentelle Untersuchungen bzgl. der Druckverteilung, sowie des den Prozess treibenden Plasmas. (Die Arbeit wird gefördert durch die DFG im Rahmen des Sonderforschungsbereichs TRR87.)

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