TFT-LCD潔凈間溫濕度測(cè)試儀器假設(shè)檢驗(yàn)和回歸分析機(jī)差解決方案

武漢京東方光電科技有限公司 孟 雨 劉子源 張 杰 林 敏 向紅偉 金 瑞 蘇昊文 匡 磊 張 壯

溫濕度是TFT-LCD生產(chǎn)過(guò)程中潔凈間的重要環(huán)境特性，溫濕度的異常波動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致TFT-LCD生產(chǎn)所需原材吸濕腐蝕或產(chǎn)生ESD相關(guān)不良。因此，合理地使用溫濕度測(cè)試儀對(duì)潔凈間的溫濕度進(jìn)行監(jiān)控是十分重要的管控措施。本文以在日常監(jiān)控過(guò)程中發(fā)現(xiàn)A溫濕度測(cè)試儀與B溫濕度測(cè)試儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)存在機(jī)差的為例，通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)與回歸分析等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法解決儀器機(jī)差問(wèn)題，為其他TFT-LCD環(huán)境測(cè)試儀器機(jī)差問(wèn)題提供了解決方法與分析思路。

溫濕度是TFT-LCD生產(chǎn)過(guò)程中重要的環(huán)境特性。特別是濕度，如果濕度超出規(guī)定范圍（Spec，55±5%RH），可能會(huì)使原材吸濕腐蝕或產(chǎn)生ESD相關(guān)不良，從而影響產(chǎn)品可靠性與良率。因此，濕度監(jiān)控是TFT-LCD生產(chǎn)環(huán)境中是十分重要且必不可少的關(guān)鍵步驟。

目前，常用的潔凈間溫濕度監(jiān)控方法主要包括2種：（1）在線式溫濕度傳感器探頭，固定在潔凈間不同區(qū)域，通過(guò)傳感探頭實(shí)時(shí)監(jiān)控潔凈間內(nèi)溫濕度變化；此種方法可以實(shí)時(shí)獲取潔凈間內(nèi)固定位置的溫濕度水平，但無(wú)法對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行探測(cè)；（2）手持式溫濕度測(cè)試儀，由傳感器和測(cè)試儀組成，人員可將其攜帶至指定位置進(jìn)行測(cè)試，但由于經(jīng)常人為操作，儀器易存在機(jī)差。

表1 手持式測(cè)試儀A測(cè)試數(shù)據(jù)

針對(duì)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)手持式溫濕度測(cè)試儀的濕度測(cè)量機(jī)差問(wèn)題，本文通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)驗(yàn)證儀器機(jī)差顯著性，分析機(jī)差顯著性結(jié)果，通過(guò)回歸分析建立測(cè)試儀器機(jī)差模型，并對(duì)回歸模型進(jìn)行殘差驗(yàn)證，從而解決實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中因測(cè)試儀器存在機(jī)差導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真的問(wèn)題。

1 原料與方法

研究對(duì)象：武漢京東方光電科技有限公司10.5代線TFT-LCD潔凈間不同溫濕度區(qū)域。

設(shè)備型號(hào)：K社手持式溫濕度測(cè)試儀，E社手持式溫濕度測(cè)試儀，以下分別簡(jiǎn)稱為手持式測(cè)試儀A，手持式測(cè)試儀B。

分析方法：利用JMP軟件對(duì)收集數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，回歸分析，殘差分析。

2 機(jī)差分析

某潔凈間日常監(jiān)控過(guò)程中同時(shí)采用3種儀器進(jìn)行監(jiān)控：在線式與手持式測(cè)試儀（廠家A、B，簡(jiǎn)稱A測(cè)試儀、B測(cè)試儀）。A測(cè)試儀在測(cè)試某Spec（60±5%RH）區(qū)域時(shí)出現(xiàn)大面積超標(biāo)，超標(biāo)數(shù)據(jù)如表1所示。

測(cè)試數(shù)據(jù)表明3F濕度AVG（均值）遠(yuǎn)低于Spec下限（55%RH），而在線式測(cè)試儀及手持式測(cè)試儀B測(cè)試結(jié)果顯示同點(diǎn)位濕度均在Spec范圍內(nèi)。需盡快對(duì)儀器機(jī)差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：

實(shí)驗(yàn)人員：1人

實(shí)驗(yàn)儀器：手持式測(cè)試儀A，手持式測(cè)試儀B實(shí)驗(yàn)方法：

●區(qū)間選擇：60±5%RH

●測(cè)試點(diǎn)位：選取30個(gè)不同區(qū)域點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)試

●測(cè)試方法：同時(shí)操作手持式測(cè)試儀A，手持式測(cè)試儀B相距10cm測(cè)試30s并記錄數(shù)據(jù)

（1）利用JMP軟件對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)分析，判斷測(cè)試儀A/B間機(jī)差是否顯著，根據(jù)7月份測(cè)試數(shù)據(jù)做出如下假設(shè)：

●原假設(shè)：手持式測(cè)試儀A-手持式測(cè)試儀B≤0；

●備擇假設(shè)：手持式測(cè)試儀A-手持式測(cè)試儀B＞0；

（2）進(jìn)行等方差性檢驗(yàn)：使用Welch方差分析檢驗(yàn)均值是否相等，見(jiàn)表2所示。

表2 Welch方差分析

（3）根據(jù)等方差性檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行近似雙樣本均值T檢驗(yàn)。根據(jù)結(jié)果概率＞|t|時(shí)P值＜0.0001＜0.05，拒絕原假設(shè)，接受備擇假設(shè)即手持式測(cè)試儀A測(cè)試結(jié)果顯著高于手持式測(cè)試儀B。如圖1所示。

綜上，通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)可以得出A/B儀器之間存在顯著機(jī)差，為了判斷測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，首先對(duì)儀器參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，儀器參數(shù)對(duì)比結(jié)果如表3所示。

圖1 手持式測(cè)試儀A/B機(jī)差假設(shè)檢驗(yàn)

表3 手持式測(cè)試儀A/B儀器參數(shù)對(duì)比

儀器A精度＞儀器B精度，儀器A分辨率＜儀器B分辨率，在實(shí)際應(yīng)用中真正影響測(cè)試準(zhǔn)確性的主要是精度，因此若校驗(yàn)通過(guò)則A儀器準(zhǔn)確性更高。于是將手持式測(cè)試儀A/B送至第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行校驗(yàn)，得到校驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

通過(guò)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以看出，手持式測(cè)試儀A偏倚及線性均存在問(wèn)題，手持式測(cè)試儀B偏倚及線性均滿足要求。但由于手持式測(cè)試B精度較A差，在濕度接近Spec上下限時(shí)更容易產(chǎn)生測(cè)試誤差從而導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程異常，因此期望通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行回歸分析消除線性問(wèn)題，從而使測(cè)試儀A可以限制性使用。

3 回歸分析

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，溫濕度的監(jiān)控存在區(qū)域差異，因此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要包含所有的Spec區(qū)間，目前涉及的Spec范圍為50±5%RH，55±5%RH，60±5%RH，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：

實(shí)驗(yàn)人員：1人

實(shí)驗(yàn)儀器：手持式測(cè)試儀A，手持式測(cè)試儀B

實(shí)驗(yàn)方法：

（1）區(qū)間選擇：50±5%RH，55±5%RH，60±5%RH；

圖2 50±5%RH濕度區(qū)間

表4 手持式測(cè)試儀A/B第三方校準(zhǔn)結(jié)果

（2）測(cè)試點(diǎn)位：每個(gè)不同區(qū)間選取100個(gè)不同點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)試；

（3）測(cè)試方法：同時(shí)操作手持式測(cè)試儀A，手持式測(cè)試儀B相距10cm測(cè)試30s并記錄數(shù)據(jù)。

分別對(duì)不同區(qū)間的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到線性擬合如圖2～圖4所示。

通過(guò)方差分析對(duì)線性擬合顯著性進(jìn)行判斷：根據(jù)方差分析結(jié)果（如表5所示）可以發(fā)現(xiàn)各區(qū)間方差分析概率＞F時(shí)，P值均小于0.001，代表回歸方程顯著，具有意義。

圖3 55±5%RH濕度區(qū)間

圖4 60±5%RH濕度區(qū)間

圖5 觀測(cè)順序-殘差、預(yù)測(cè)值-殘差圖

采用殘差分析方法對(duì)擬合效果進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證準(zhǔn)則基于以下4點(diǎn)進(jìn)行：①具有時(shí)間獨(dú)立性；②來(lái)自穩(wěn)定受控總體；③對(duì)輸入因子的所有水平有相等的總體方差；④誤差項(xiàng)ε服從正態(tài)概率分布。

各區(qū)間回歸方差對(duì)應(yīng)殘差分析：

（1）50±5%RH、55±5%RH、60±5%RH區(qū)間觀測(cè)順序-殘差、預(yù)測(cè)值-殘差圖見(jiàn)圖5所示，由圖5可得出結(jié)論：①殘差值隨機(jī)波動(dòng)，彼此間獨(dú)立；②殘差與預(yù)測(cè)值中無(wú)“喇叭形”或“漏斗型”，表明殘差具有等方差性。

（2）50±5%RH、55±5%RH、60±5%RH區(qū)間自變量-殘差圖見(jiàn)圖6所示。由圖6可得出結(jié)論：殘差的標(biāo)準(zhǔn)差為常數(shù)，無(wú)明顯的“喇叭口”或彎曲形狀。

（3）50±5%RH、55±5%RH、60±5%RH區(qū)間殘差正態(tài)分位數(shù)圖見(jiàn)圖7、8、9所示，由圖可以得出結(jié)論：殘差滿足正態(tài)分布。

根據(jù)以上殘差分析結(jié)果可以得出回歸模型合理，最終得到各Spec范圍內(nèi)回歸方程如下：

①50±5%RH：B儀器（%RH）=20.163837+0.7127544×A儀器（%RH）；

②55±5%RH：B儀器（%RH）=17.526312+0.7757198×A儀器（%RH）；

表5 方差分析結(jié)果

圖6 自變量-殘差

圖7 50±5%RH殘差正態(tài)分位數(shù)

圖8 55±5%RH殘差正態(tài)分位數(shù)

圖9 60±5%RH殘差正態(tài)分位數(shù)

③60±5%RH：B儀器（%RH）=11.057031+0.9101475×A儀器（%RH）。

結(jié)論：溫濕度是TFT-LCD行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程潔凈間重要的環(huán)境參數(shù)，是腐蝕或ESD等不良發(fā)生的關(guān)鍵因子，必須采用合理、合規(guī)的方法和儀器對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)于常用的手持式溫濕度測(cè)試儀，當(dāng)產(chǎn)生儀器機(jī)差問(wèn)題時(shí)，為了避免測(cè)試數(shù)據(jù)失真，合理地使用統(tǒng)計(jì)學(xué)及合理地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠有效解決這一問(wèn)題，同時(shí)也為其他TFT-LCD行業(yè)溫濕度測(cè)試過(guò)程中的機(jī)差問(wèn)題提供有效的解決方法及分析方向。