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08.03.2017

„Messtechnik ist ein zentraler Bestandteil der industriellen Wertschöpfung“

Prof. Wolfgang Osten

Er leitet das Institut für Technische Optik an der Uni Stuttgart und ist ausgewiesener Experte für industrielle Mess- und Inspektionsverfahren. Im Interview spricht Prof. Wolfgang Osten über die Bedeutung der Qualitätssicherung in vernetzten Produktionswelten, den Spagat zwischen Nanoauflösung und hohem Inspektionstempo in der Halbleiterfertigung sowie die Fachkonferenz Optical Metrology, die er im Zuge des World of PHOTONICS Congress vom 25.–29. Juni 2017 in München letztmals leitet.

Herr Prof. Osten, was erwarten Sie als Konferenzleiter von der Optical Metrology 2017?

Prof. Wolfgang Osten: Diesmal wird das von der SPIE ausgerichtete Symposium „Optical Metrology“ erneut sechs Subkonferenzen haben. Es wird u.a. um den Einsatz optischer Messverfahren im industriellen Umfeld gehen, um deren Modellierung im Zuge von Inspektionsprozessen bei höchster Auflösung oder um deren gezielte Verwendung für Untersuchungen von Kunstwerken und biologischen Materialien. Zudem stehen so spannende Felder wie das Maschinelle Sehen und der praktische Einsatz von Abstandssensoren im Fokus. Aus anfangs zwei Subkonferenzen im Jahre 1999 ist ein Symposium mit sechs Subkonferenzen gewachsen. Darin drückt sich die stark gestiegene Wertigkeit der optischen Messtechnik aus. Ihre Bedeutung wird im Kontext der digitalen Transformation und speziell in der Initiative Industrie 4.0 noch erheblich wachsen. Messtechnik ist heute ein zentraler Bestandteil der industriellen Wertschöpfung. Nur was sich messen lässt, ist produzierbar und optimierbar. Ohne optische Sensorik geht es heute nicht mehr und erst recht nicht in einer digitalen Transformation – die wir in der neuen SPIE- Konferenz Digital Optical Technologies aufgreifen.

Welche fachlichen Schwerpunkte setzt die neue Konferenz?

Osten: Bei der „Digital Optical Technologies“ wirken Vertreter von IT-Größen wie Microsoft, Nvidia oder Google im Programmkomitee mit - und wir haben rund 75 Anmeldungen für Vorträge. Das ist ein Achtungserfolg für eine Konferenz, die wir erstmals ausrichten. Und es unterstreicht die Bedeutung dieser Technologien in ihrer gesamten Breite. Es geht darum, das große Thema „Digitalisierung“ und seine Bedeutung für die Optik zu konkretisieren und ins Blickfeld der breiten Öffentlichkeit zu bringen. Das reicht von Virtual, Augmented und Mixed Reality über Computational Optics bis zur digitalen Optik für Sensor- und Authentifizierungssysteme. Dieses Feld werden wir von den technischen Grundlagen der Fertigung bis zur Anwendung solcher Systeme diskutieren. Wir schlagen diesen großen Bogen, um uns der digitalen Transformation aus vielen Perspektiven zu nähern – und neue Denkweisen zu entwickeln. Meine Erwartung ist es, dass die neue Konferenz den WORLD of PHOTONICS Congress und den Standort München weiter vorantreiben wird.

Photonik 4.0 ist in aller Munde. Was wird sich in der industriellen Inspektion verändern?

Osten: Erlauben Sie mir eine Anmerkung. Die Rolle der Photonik im gesamt-volkswirtschaftlichen Kontext diskutieren wir seit mindestens zwei Jahrzehnten. Nun verdichtet sich die Diskussion unter dem Leitbegriff Photonik 4.0 –und stößt auf enorme öffentliche Resonanz. Ich sehe eigentlich nur zwei wesentliche Veränderungen: Die Vernetzung und die rasant gestiegenen Prozessorleistungen. Sie erlauben beispielsweise in Multi-Sensor-Systemen eine enorme Menge und Vielfalt an Daten zeitnah zu erfassen, zu verarbeiten und auszuwerten. Alles Weitere – Imaging, Datenverarbeitung, digitale Steuerung, Konstruktion und Produktionsplanung – sind etablierte Prozesse. Neu ist, dass wir nun Dinge statt nur Daten miteinander vernetzen. Der englische Begriff „Industrial Internet“ umreißt das etwas konkreter als „Industrie 4.0“. Und er drückt aus, was in der industriellen Inspektion geschehen muss: Sie rückt näher an den Prozess oder mitten hinein. Mit vernetzten Sensoren für die Inline-Qualitätskontrolle und Echtzeit-Datenanalysen wird es möglich, die Prozesse automatisiert zu steuern, zu regeln und drohende Fehler frühzeitig zu signalisieren. In der vernetzten Produktion sind Sensoren die Schnittstelle zwischen digital-virtueller und realer Welt.

In Deutschland gründet sich eine „Allianz Photonik 4.0“. Wo sehen Sie Handlungsfelder?

Osten: Wir erleben einen Wandel hin zur Flexibilisierung der Produktion. Individualisierte Produkte setzen voraus, dass die Qualitätssicherung genauso flexibel wird, wie die Fertigungsprozesse, die sie überwacht. Voraussetzung sind breitbrandigere, flexiblere Inspektionssysteme als heute, verbesserte Mensch-Maschine-Schnittstellen und neue Lösungen in dem seit Jahrzehnten virulenten Thema des Maschinellen Sehens. Aber dafür müssen wir das Rad nicht neu erfinden. Es gilt, die Agenda Photonik 2020 gezielt zu ergänzen und sie in dem Kontext der Digitalisierung fortzuschreiben. Wichtig finde ich dabei, die Life Scienes stärker mitzunehmen, neue Akzente rund um innovative Materialien, um Multi-Sensor-Systeme und die Daten-Fusion zu setzen. Und es gilt, die gewachsenen Möglichkeiten der Visualisierung und der flexiblen Fertigung – z.B. per Additive Manufacturing – einzubeziehen. Und ganz klar: In jedem dieser Bereiche ist die Messtechnik unverzichtbar.

Eines ihrer Spezialgebiete ist die Halbleiter-Inspektion. Kann schnelle 100-Prozent-Inspektion der heute nanometer-feinen Prozessorstrukturen auf 450 mm großen Wafern gelingen?

Osten: Ich denke nicht, dass das unser Ziel sein sollte. Eine 100-Prozent-Kontrolle wäre zu teuer und zeitaufwändig. Ich kann mir auch kaum vorstellen, dass dies ein Meilenstein für die Halbleiterindustrie wäre. Die Strukturgrößen liegen heute bei zehn Nanometern und werden in den nächsten Jahren auf acht und sechs Nanometer sinken. Das können Sie bei einem Wafer mit 450 mm Durchmesser nicht komplett scannen. Vielmehr geht es um weitaus höher frequentierte, zuverlässige Stichproben in allen Phasen der Wafer-Produktion. In heutigen Anlagen arbeitet bereits eine sehr hohe Anzahl verschiedener optischer Sensoren. Der Messaufwand ist enorm. Die erforderliche Präzision gelingt nur noch im Wechselspiel mit Nanopositionierung, deren Genauigkeit sich ebenso wie die der Messsysteme für Lithographie-Optiken im sub-Nanometerbereich bewegt. Je kleiner die Strukturen, desto größer die Einflüsse von Linienrauheiten und optischen Unschärfen durch Beugung, Streuung etc. Obendrein wechseln die Chiphersteller von 2D- auf 3D-Strukturen, was die Sache noch komplexer macht. Die Mess- und Positioniertechnik bewegt sich hier nicht mehr in der Nano- sondern in der Pikowelt.

 
 
 
 
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