Comprehensive characterization of a cylindrical magnetron sputter source: particle emission, energy fluxes and deposition characteristics

Abstract

Für die industrielle Anwendungen von Beschichtungsanlagen ist es wichtig zeiteffzient mit einer hohen Qualität zu produzieren. Um die Produktionszeit für dünne Beschichtungen auf Oberflächen zu reduzieren ist es wichtig die Beschichtungsrate zu erhöhen. Dies kann erreicht werden indem man die dem Beschichtungssystem zugeführte Leistung erhöht. Um bei einer erhöhten Leistung die gleiche Beschichtungsqualität zu erhalten ist es notwendig zu wissen wie die physikalischen Eigenschaften der Beschichtungsquelle die Schicht beeinflussen. Mit den Projektpartnern wurden Experimente geplant um wichtige physikalische Eigenschaften zu eruieren. Die wichtigen physikalischen Eigenschaften, welche durch die durchgeführten Experimente bestimmt wurden, sind: die Emissionswinkelverteilung (Angular Emission Distribution, AED) einer zylindrischen Sputterquelle, den Energiefluss zwischen Quelle und Probe und die Schichtdickenverteilung (Thickness Distribution, TD) und die Gleichmässigkeit einer grossflächigen Beschichtung. Um die Ergebnisse einiger Experimente zu validieren wurden Simulationen für diesen Experimentaufbau entworfen und durchgeführt. Aus den durch die Simulation und den Experimenten gewonnenen Daten werden Beschichtungsparameter gewonnen, verglichen und analysiert. Manche durch die Experimente gewonnen Daten werden auch mit weiteren, von externen Projektpartnern durchgeführten Simulationen verglichen. Die gewonnenen Ergebnisse werden für die Anpassung und Erstellung eines zukünftigen Simulationsprogrammes für Beschichtungen verwendet.

In industrial applications it is important to produce time ecient with a high quality. Therefore to reduce production time for thin coatings on surfaces it is necessary to increase the deposition rate. This can be achieved by increasing the power applied to the deposition source. In order to achieve this goal with the same high standard of coating quality it is necessary to know how some physical properties influence coatings. In cooperation with the project partners several experiments were planned and realized to measure relevant properties. Those experiments were designed to measure dierent physical quantities like: the angular emission distribution (AED) of a cylindrical sputter source, the energy flux between the source and the substrate and the thickness distribution (TD) and uniformity of a coated extended area. To be able to quantify several of those experiments, simulations were designed and conducted for this setup. With the data gathered from the simulations and the experiments, sputter parameters are going to be extracted, compared and evaluated. Some of the results from these experiments were compared with additional simulation runs by external project partners. Those results are going to be incorporated into a future sputter simulation program.