Ridefinire gli standard nell’interferometria a luce bianca: portare alla luce la qualità dei dati

Nell'interferometria a luce bianca (WLI), nota anche come interferometria a scansione di coerenza (CSI), l'obiettivo viene spostato verticalmente attraverso la regione focale della superficie. All'interno di questo intervallo vengono generati e acquisiti segnali di interferenza per ciascun pixel della telecamera sotto forma di correlogramma. Tradizionalmente, l'altezza della superficie viene determinata direttamente a partire da questo segnale.

Con smartWLI, il correlogramma viene utilizzato anche per valutare la qualità di ogni singolo punto di misura. Mediante un'analisi basata sulla Trasformata Rapida di Fourier (FFT), il segnale viene esaminato nel dominio delle frequenze per determinare se un punto di misura contiene un segnale di interferenza valido oppure se è influenzato da disturbi locali, artefatti o valori anomali (outlier).

Un vantaggio fondamentale di questo approccio è la valutazione puntuale. A ogni punto di misura viene associato un indicatore di affidabilità, che consente di identificare le aree critiche senza fare affidamento su ipotesi globali o stime ottenute tramite post-elaborazione.

Un esempio rappresentativo è fornito dalle misure eseguite su un Chirp Standard C5. In questo campione, le caratteristiche strutturali diminuiscono progressivamente di dimensione mentre le pendenze locali della superficie diventano sempre più accentuate. È proprio in queste regioni che emergono chiaramente i limiti della valutazione del segnale.

La visualizzazione combina un dataset 3D con una mappa di qualità sovrapposta, insieme a una vista ingrandita di una regione critica della superficie. Le aree che presentano una qualità dei dati ridotta si trovano principalmente lungo i fianchi ripidi, dove le forti pendenze locali rendono più complessa l’interpretazione del segnale CSI/WLI.

Nonostante ciò, i risultati indicano che oltre il 99% dei punti di misura mantiene una qualità dei dati molto elevata e può quindi essere utilizzato con grande affidabilità nelle analisi successive. I punti con affidabilità inferiore possono essere esclusi oppure trattati selettivamente tramite ulteriori fasi di filtraggio e valutazione che tengano conto anche dei dati circostanti.

Dal punto di vista metrologico, questa distinzione è fondamentale. I punti isolati mancanti hanno tipicamente un impatto minimo sul risultato complessivo, mentre gli outlier possono alterarlo in modo significativo. L’introduzione di un livello di qualità consente l’identificazione precisa di questi punti critici, supportando così risultati di misura più affidabili e robusti.

Le misure sul silicio nero rappresentano una sfida ancora più complessa. Questo tipo di superficie è caratterizzato da strutture estremamente fini, pendenze molto ripide e un comportamento del segnale particolarmente complesso, rendendolo un caso di test impegnativo per molti sistemi di misura ottica 3D.

Senza una valutazione della qualità basata su FFT, queste caratteristiche possono facilmente generare dati di altezza rumorosi o fuorvianti. Questa difficoltà non deriva solo dalla morfologia della superficie, ma anche dalla complessità dell’interpretazione dei segnali di interferenza locali.

Lo smartWLI nanoscan, equipaggiato con una sorgente di luce blu e un obiettivo interferenziale Olympus con apertura numerica 0,8, è particolarmente adatto alla misura di strutture così fini e ad alto rapporto d’aspetto. Attraverso un’analisi basata su FFT, è possibile isolare le componenti rilevanti del segnale, distinguendo in modo affidabile i punti di misura validi da artefatti e outlier. L’AQC utilizza poi queste informazioni di qualità per garantire che solo i dati affidabili contribuiscano al risultato finale.

Questo approccio consente misure 3D robuste e affidabili anche su superfici che si avvicinano ai limiti fondamentali della metrologia ottica.

L’integrazione delle moderne GPU NVIDIA trasforma in modo fondamentale l’utilizzo pratico dei sistemi CSI/WLI. Le loro elevate capacità di elaborazione parallela consentono la gestione in tempo reale di grandi volumi di dati, una rapida analisi del segnale basata su FFT e una valutazione immediata della qualità senza la necessità di lunghi processi di post-elaborazione.

Di conseguenza, il campo applicativo dell’interferometria a luce bianca si amplia significativamente. Superfici complesse — caratterizzate da pendenze elevate, microstrutture fini o proprietà dei materiali difficili — possono essere analizzate con maggiore affidabilità rispetto ai sistemi convenzionali privi di analisi della qualità accelerata da GPU.

L’idea della CSI/WLI come tecnica puramente dedicata alla misura dell’altezza sta diventando ormai superata. La metrologia ottica 3D odierna non si basa solo su ottiche ad alte prestazioni e su una progettazione meccanica precisa, ma anche su un’elaborazione del segnale avanzata, rapida e consapevole della qualità, per garantire risultati accurati e affidabili.