均一性(Uniformity)とは、膜の厚さ、エッチングの深さ、パターンの寸法などの加工の結果が、場所や時間によってどれだけばらつかずにそろっているかを表す指標です。半導体の製造では、1枚のウェハの中の場所による差を面内均一性(WIW:Within Wafer)、ウェハどうしの差を面間均一性(WTW:Wafer to Wafer)、ロットどうしの差をロット間均一性と呼び分けます。ばらつきが小さいほど、ウェハのどこから取ったチップでも同じ特性になり、歩留まりが安定します。
均一性の表し方にはいくつかの流儀があります。よく使われるのは、測定点の最大値と最小値の差を平均値の2倍で割ったもの((最大−最小)÷(2×平均)×100%)と、標準偏差σを平均値で割ったもの(1σ%、または3σ%)です。どちらの式を使ったか、ウェハの外周の何mmを除外したか(エッジエクスクルージョン)、何点を測ったかによって値が変わるため、数値を比べるときは定義をそろえる必要があります。値が小さいほど均一で、たとえば「膜厚の面内均一性1%以下」のように仕様が決められます。
面内均一性は、装置の設計と条件で決まります。成膜やエッチングでは、ガスを吹き出すシャワーヘッドのガスの分布、ウェハを載せるペデスタルの温度分布、プラズマの密度の分布が主な要因で、ウェハの中心と外周で差が出やすくなります。そのため、ヒーターやガスの吹き出しを区画に分けて別々に制御する装置が使われます。CMPでは、研磨ヘッドの圧力の分布が均一性を決めます。面間・ロット間の均一性は、チャンバーの状態の変化や部品の消耗で悪化するため、インライン計測とSPCで監視し、APCで条件を補正します。