奈米形貌是指晶圓表面存在的波長約 0.2~20mm、振幅數nm~數十nm,非常平緩且淺的起伏。它比平坦度(SFQR)所捕捉的數十mm 尺度高度變動更細,又比表面粗糙度(Ra)所針對的μm 以下尺度更粗,位於兩者之間的空間頻率帶。
這項指標之所以受到重視,是因為 CMP(化學機械研磨)的普及。CMP 時晶圓被壓在拋光墊上,拋光墊會順著平緩的起伏變形。結果起伏的凸部被優先研磨而使膜厚變薄,在 STI(淺溝槽隔離)製程中表現為絕緣膜過度研磨(凹陷,dishing)或殘膜變異,進而導致元件隔離不良。
量測是先以干涉儀或電容方式取得晶圓形狀,再以濾波處理只擷取目標空間頻率帶來進行。評估值使用以指定尺寸的分析視窗(例:直徑 2mm、10mm)掃描時 PV 值(Peak-to-Valley)的最大值,也有以 THA(Threshold Height Analysis)觀察規格外區域面積比的方法。
發生源主要是研磨製程。雙面拋光(DSP)中載具的厚度分布與拋光墊狀態、最終拋光中固定方式的特性等,會以週期性或準週期性的起伏形式殘留。對晶圓廠商而言,只滿足平坦度並不夠,還必須壓抑到這個中間頻率帶,因此這是考驗加工技術成熟度的指標。
在元件廠商端,會將奈米形貌列為晶圓進料檢驗項目並訂定規格,透過與 CMP 製程良率建立相關性,管理各晶圓供應商之間的品質差異。平坦度、奈米形貌、翹曲、粗糙度分別觀察不同的空間尺度,是互補的指標,只靠其中之一無法論斷表面品質。