1.1 潔淨室等級與壓力監控的關係

根據國際標準 ISO 14644-1:2015，潔淨室依懸浮微粒濃度分為 ISO Class 1 至 ISO Class 9 共九個等級，等級數字越小代表潔淨度越高。台灣半導體廠（晶圓代工、封裝測試）常見的潔淨室等級分佈如下：

壓差管理是潔淨室最核心的控制手段之一。ISO 14644-3 標準要求相鄰不同等級潔淨區之間維持 ≥10～15 Pa 的正壓差，確保氣流永遠從高潔淨區流向低潔淨區，防止汙染物逆向擴散。在這個架構下，壓力錶（或差壓錶）的準確度與可靠度，直接決定了工廠對潔淨室狀態的掌握能力。

1.2 半導體製程流體的腐蝕性挑戰

半導體製程中使用的化學品具有高度腐蝕性，常見介質包括：

• 氟化氫（HF）：蝕刻氧化矽層，對一般金屬具有強烈侵蝕性
• 鹽酸（HCl）：晶圓清洗製程使用
• 氨水（NH₄OH）：RCA清洗製程的標準用劑
• 高純度氮氣（N₂）、氬氣（Ar）：大量使用的惰性製程氣體
• 矽烷（SiH₄）：CVD製程的前驅體，具可燃性
• 特殊高純度化學品（SPCC）：濃度達到 ppb 等級管控

這些介質對普通壓力錶的波登管（Bourdon Tube）設計構成嚴峻挑戰——波登管在腐蝕性氣體環境下容易發生微裂縫，進而導致氣體洩漏，這在半導體廠是絕對不能接受的風險。

1.3 為什麼必須選用隔膜式壓力錶？

傳統波登管壓力錶的缺點在潔淨室環境中被放大：

• 洩漏風險高：波登管焊接點是潛在的洩漏來源，腐蝕性介質會加速裂縫形成
• 清潔困難：管內死角（Dead Space）容易積存殘留化學品
• 無法承受強腐蝕性介質：標準不銹鋼材質對 HF 等強酸抵抗力不足

隔膜式壓力錶（Diaphragm Pressure Gauge）的設計直接解決了上述問題：

• 以彈性隔膜（Diaphragm）取代波登管作為感壓元件
• 介質腔體（Media Chamber）設計為無死角，可完全排除殘留液體
• 隔膜材質可選用 Inconel® 718 等超高耐蝕合金
• 全焊接（All-Welded）結構消除額外密封點

2.1 材質選擇：316L 不銹鋼的關鍵優勢

316L 不銹鋼（SUS 316L）是半導體儀表業最廣泛採用的濕面材質。316L 中的「L」代表低碳（Low Carbon），碳含量控制在 0.03% 以下，可有效防止焊接時因高溫造成碳化鉻析出，維持焊縫周圍的耐蝕性。這對於全焊接結構的隔膜壓力錶尤其重要。

相較於 304 不銹鋼，316L 多了 2～3% 的鉬元素，對氯化物（Chloride）引起的點蝕有顯著抵抗力，適合半導體廠接觸含鹽酸、含氟離子製程的應用場合。

2.2 電解拋光（Electropolishing）：潔淨度的最後一道防線

原料級別的 316L 不銹鋼表面粗糙度（Ra）通常在 0.8 μm 以上，微觀凹凸的表面是細菌、微粒與化學殘留的藏身之處。對半導體製程而言，這樣的表面等同於汙染源。

電解拋光是一種電化學表面處理技術，將工件置於電解液中通以直流電，選擇性去除表面微突起，達到以下效果：

• 表面粗糙度從一般機械加工的 Ra ≈ 0.8 μm 降至 Ra ≤ 0.25 μm 甚至更低
• 去除表面的鐵元素，使鉻含量相對提高，強化鈍化膜（Passivation Layer）
• 消除微觀表面的細菌及微粒附著點
• 提升清洗效率（Rinsing Behavior），加速殘留物排除

以 WIKA 的 UHP 系列壓力錶為例，其濕面部件（Wetted Parts）與介質腔體的電解拋光後表面粗糙度達到 Ra ≤ 0.25 μm（Ra ≤ 10 μin），符合半導體業超高純度（UHP, Ultra-High Purity）的應用要求。

2.3 氦氣洩漏測試（Helium Leak Test）：確保零洩漏

對半導體廠而言，壓力錶的氣密性不只是安全問題，更是製程品質問題。微量的氣體洩漏可能：

• 讓大氣中的水氣、氧氣侵入高純度製程管路，造成氧化汙染
• 讓腐蝕性製程氣體洩漏到環境中，危及人員安全
• 影響製程氣體的流量壓力穩定性

氦氣洩漏測試（Helium Leak Testing）是目前最靈敏的氣密性驗證方法。氦氣原子直徑極小，可輕易穿透一般密封材料無法檢出的微小裂縫。

WIKA 432.25.2 等 UHP 系列隔膜壓力錶的氦氣洩漏測試規格為洩漏率 ≤ 10⁻⁹ mbar·l/s，達到半導體產業的最高標準。

2.4 Inconel® 718 隔膜材質：對抗強腐蝕性介質的關鍵

隔膜（Diaphragm）是感壓元件的核心，其材質直接決定了壓力錶能承受的介質種類。

Inconel® 718 是鎳基超合金（Ni-Cr-Fe），具有極高的耐蝕性和耐熱性，在半導體製程最常用的強腐蝕性氣體環境中表現穩定。WIKA 的 UHP 系列壓力錶（如 Model 432.10、432.15、432.25.2）採用 Inconel 718 作為隔膜材質，是處理反應性氣體應用的首選。

2.5 全焊接結構（All-Welded Construction）與軌道焊接

半導體儀表的另一個關鍵設計是消除所有螺紋接頭。傳統螺紋接頭在高壓、高溫或腐蝕性環境下容易鬆動洩漏，且螺紋牙峰是微粒與化學殘留的積存點。

軌道焊接（Orbital Welding）技術使用電腦控制的自動焊接頭，沿管件圓周均勻焊接，確保焊縫品質一致、無飛濺、無氧化。WIKA UHP 系列的製程接頭採用 316L 電解拋光不銹鋼，以軌道焊接方式接合到介質腔體，形成零洩漏的全封閉結構。

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│              半導體 UHP 隔膜壓力錶結構概覽                       │
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│     │  錶面指針顯示  │  ← 全不銹鋼殼體，表面光滑防積塵            │
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│     │  傳動機構     │  ← 精密齒輪連桿系統                        │
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│     │  Inconel 718 │  ← 隔膜感壓元件，耐強腐蝕性介質             │
│     │   隔膜元件    │                                            │
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│     │  無死角腔體   │  ← 電解拋光 Ra ≤ 0.25μm                   │
│     │  Media Chamber│                                           │
│     └──────┬───────┘                                            │
│            │                                                    │
│     ┌──────▼───────┐                                            │
│     │  軌道焊接接頭 │  ← VCR® / Swagelok® UHP 標準接頭          │
│     │  All-Welded  │     洩漏率 ≤ 10⁻⁹ mbar·l/s                │
│     └──────────────┘                                            │
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└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

場景一：製程氣體管路（高純度 / 超高純度氣體）

應用場景：N₂、Ar、H₂、SiH₄ 等製程氣體供應管路的壓力監控

選型重點

• 必須選用無死角（Dead Space Free）介質腔體設計
• Ra ≤ 0.25 μm 電解拋光內表面
• 洩漏率 ≤ 10⁻⁹ mbar·l/s
• 接頭規格：VCR®、Swagelok® 等 UHP 標準氣體接頭
• 尺寸建議：1"～2"（空間有限的 Gas Box / Gas Stick 組件）

推薦機型

場景二：腐蝕性液態化學品管路

應用場景：HF 蝕刻液、H₂SO₄、H₃PO₄ 等強酸管路，或 NH₄OH、KOH 等強鹼清洗液管路

選型重點

• 隔膜材質需抵抗特定化學品（HF 需考慮 PTFE 或 Hastelloy）
• 全濕面部件需有材質追溯性文件（Material Traceability）
• 建議搭配隔膜密封組件（Diaphragm Seal Assembly）避免介質直接接觸壓力錶內部
• PTFE 塗層或 Hastelloy C-276 隔膜可大幅提升抗氟化物能力

Ashcroft HPT 系列

Ashcroft（昶特代理品牌之一）的 HPT 抗腐蝕壓力錶採用氟聚合物（Fluoropolymer）濕面材質，在潔淨室環境下完成氮氣沖洗包裝，每支出廠前均經氮氣洩漏測試，適合半導體廠處理氟基腐蝕性化學品的場合。

場景三：潔淨室空調（HVAC）差壓監控

應用場景：監控潔淨室各區域之間的壓差，確保符合 ISO 14644 的正壓差要求（≥10 Pa）

選型重點

• 量測範圍：0～50 Pa 或 0～100 Pa
• 精度：建議 ±2% F.S. 以內
• 材質：外殼不需接觸腐蝕性介質，一般不銹鋼殼體即可
• 輸出信號：可考慮帶 4～20 mA 輸出的差壓傳送器，整合至 BMS
• 功能：雙向量測（正壓/負壓），具備自動校零（Auto Zero）

Manostar 系列（昶特代理）

Manostar 是日本山本計器的微差壓錶品牌，以超低壓差量測聞名，最小量測範圍可達 0～2.5 Pa，適合半導體廠的 HEPA 過濾器壓差監控與各潔淨區間壓差管理，是台灣半導體廠 HVAC 系統的常見選擇。

場景四：製程設備本體壓力監控

應用場景：CVD、蝕刻機、清洗機等設備的製程腔體壓力顯示

選型重點

• 根據量測範圍選擇真空表、正壓錶或複合表（Compound Gauge）
• 設備殼體通常有振動，需選耐振型（Glycerine Liquid Filled）
• 潔淨室規範要求儀表外表面不得積塵，建議選用全不銹鋼殼體、表面光滑設計
• 考慮溫度補償：製程腔體溫度可能影響量測精度

採購工程師在評估半導體潔淨室隔膜壓力錶時，建議從以下五個維度系統性評估：

維度一：介質相容性（最重要）

首先確認介質種類，再對照材質選擇：

一般乾燥氣體（N₂、Ar）         → 316L 不銹鋼隔膜即可
反應性氣體（HCl、Cl₂）         → Inconel 718 隔膜
強氟化物（HF）                   → PTFE 或 Hastelloy C-276
強酸液體（H₂SO₄ > 50%）        → Hastelloy C-276 或鉭（Ta）
強鹼液體（KOH、NH₄OH）         → Inconel 或 PTFE

維度二：潔淨度等級要求

依照安裝位置的 ISO 等級決定儀表規格：

ISO Class 3～4（最高潔淨區）
  → Ra ≤ 0.25 μm 電解拋光
  → 洩漏率 ≤ 10⁻⁹ mbar·l/s
  → 潔淨室環境組裝包裝
  → 全焊接 ＋ 軌道焊接接頭

ISO Class 5～6（一般製程區）
  → Ra ≤ 0.4 μm 電解拋光
  → 洩漏率 ≤ 10⁻⁶ mbar·l/s
  → 316L 殼體

ISO Class 7 以下（輔助區域）
  → 一般工業級不銹鋼即可

維度三：精度與量測範圍

• 量測範圍：選擇實際工作壓力的 1.5 倍至 2 倍為最佳（避免長期處於滿刻度）
• 精度：半導體製程建議 ±1.0% F.S. 以內，HVAC 差壓量測建議 ±2%
• 過壓保護：選擇具備 3 倍至 10 倍量測範圍過壓安全的機型

維度四：接頭規格與安裝相容性

維度五：認證與文件要求

台灣半導體廠通常要求以下文件：

• 材質認證書（Mill Certificate / Material Traceability）：追蹤所有濕面材質的批號
• 校正報告（Calibration Certificate）：可追溯至 NIST 的精度驗證報告
• 氦氣洩漏測試報告：每支出廠均附
• 表面粗糙度報告（Ra Report）：電解拋光後的實測數據

錯誤一：以價格為優先，忽略材質規格

許多採購部門在初次導入時選擇價格最低的普通壓力錶，安裝數月後因腐蝕、洩漏導致製程異常，最終更換成本遠高於一開始選擇正確機型的費用。

正確做法：以生命週期成本（Life Cycle Cost）思考，包含儀表本身、維護頻率、更換工時、潛在製程損失。

錯誤二：誤用波登管壓力錶於腐蝕性氣體場合

波登管（Bourdon Tube）設計適合大多數一般工業應用，但在含鹵素化合物（HF、HCl、Cl₂、F₂）的半導體製程中，波登管焊接點極易因應力腐蝕破裂（Stress Corrosion Cracking, SCC）而失效。

正確做法：腐蝕性介質場合一律選用隔膜式壓力錶，並確認隔膜材質與介質相容。

錯誤三：忽略表面粗糙度文件的重要性

部分供應商聲稱產品已「電解拋光」，但未能提供具體 Ra 數值的測試報告。Ra 0.8 μm 與 Ra 0.25 μm 在外觀上難以肉眼辨識，但潔淨度差異顯著。

正確做法：要求供應商提供每批次的表面粗糙度量測報告，並明確列入採購規格書。

錯誤四：差壓量測範圍選擇不當

潔淨室 HVAC 差壓量測中，常見錯誤是選擇 0～1000 Pa 的儀表來量測 10～15 Pa 的微小差壓，導致讀值精度遠低於實際需求（1% F.S. 在 1000 Pa 量程等於 ±10 Pa，已超過要量測的差壓值本身）。

正確做法：選擇量測範圍僅略大於最大工作壓差的儀表，例如 0～50 Pa 或 0～100 Pa。

錯誤五：未考慮潔淨室安裝規範

在 ISO Class 5 以上的潔淨區安裝儀表時，儀表本身的外部材質與表面也需符合潔淨室規範，避免成為微粒發生源（Particle Generation Source）。標準要求避免使用容易產生靜電的塑膠材質、容易積塵的波紋表面設計。

正確做法：全不銹鋼殼體搭配光滑表面設計，安裝前以 IPA 擦拭清潔，配戴無粉手套操作。

昶特有限公司（Re-Atlantis Enterprise Co., Ltd.）深耕精密量測儀表市場逾三十年，代理多個國際一線品牌，可提供半導體廠完整的壓力量測解決方案：

WIKA（德國）—— UHP 半導體壓力錶首選

全球壓力量測市場領導品牌，其 UHP（Ultra-High Purity）系列產品專為半導體產業設計。所有 WIKA UHP 產品均於 Class 100 潔淨室環境完成組裝、清潔、校正與氮氣充填包裝。

Ashcroft（美國）—— HPT 抗腐蝕壓力錶

百年量測儀表品牌，HPT 系列抗腐蝕壓力錶：

• 氟聚合物濕面材質，耐 HF 等強腐蝕介質
• Class 10,000 潔淨室清潔，氮氣沖洗包裝
• 每支均通過氮氣洩漏測試

Manostar（日本山本計器）—— 微差壓量測專家

適用於半導體潔淨室環境：

• 潔淨室各區間正壓差監控（±10 Pa 級別）
• HEPA / ULPA 過濾器壓降監控
• 半導體廠 HVAC 系統差壓管理
• 最小量測範圍可達 0～2.5 Pa

Orange Research（美國）—— 流量與差壓監控

高精度流量與差壓量測儀表，適合：

• 製程化學品流量比例監控
• 過濾器差壓警報系統

延伸閱讀

• 差壓錶在半導體廠 HVAC 系統的應用解析
• Manostar 微差壓錶選型完整指南
• WIKA 壓力傳送器在半導體製程的 4-20mA 輸出應用
• ISO 14644-1 潔淨室等級與量測儀表選型對應表
• 隔膜密封組件（Diaphragm Seal）搭配壓力錶的應用案例