Simulation von Plasma-Beschichtungsprozessen

Aufgrund der fortschreitenden Hochskalierung industrieller Plasma-Beschichtungsprozesse steigen die Anforderungen sowohl an Produktivität als auch an Präzision kontinuierlich. Beide Anforderungen sind gegensätzlich, so wird z. B. eine Produktivitätssteigerung oft mittels Vergrößerung der Substratmaße erzielt, hierdurch wird i. d. R. die Homogenität der Schichteigenschaften über die Substratfläche verschlechtert. Eine auf experimentellen Methoden fußende Weiterentwicklung von Beschichtungsquellen wird durch die zunehmende Komplexität und Größe der Beschichtungsanlagen erschwert. Aus diesem Grund wird in der Forschung und Entwicklung in der Beschichtungstechnologie in letzter Zeit zunehmend ein Schwerpunkt auf Simulationsverfahren gesetzt. Am Fraunhofer-Institut für Schicht und Oberflächentechnik wurde eine Particle-in-Cell Monte-Carlo - Simulationsumgebung implementiert, um Transportphänomene und Gasentladungen im Niederdruckbereich detailliert beschreiben zu können. Bei der Entwicklung neuer Plasma-Beschichtungsquellen können mit diesem Simulationstool Vorhersagen und Optimierungen durchgeführt sowie allgemein das Verständnis der Plasmaentladungsmechanismen vertieft werden.

In the course of the up-scaling of industrial deposition methods, the demands on productivity as well as on precision are continuously increasing. Both requirements are conflictive, since e. g. an increase of the substrate size for higher productivity often involves homogeneity issues. The increasing complexity and size of coating machines hampers their further enhancement by pure empirical approaches. For this reason, the research and development on coating technology nowadays becomes more focused on simulation methods. At Fraunhofer institute for surface engineering and thin Films we have developed a particle-in-cell monte carlo simulation environment for transport phenomena and gas discharges in the low-pressure regime. This tool can be used for predictions and optimizations in the development of new deposition sources, furthermore the general insight in plasma discharge mechanisms can be improved.