JP2005291275A

JP2005291275A - 差動排気シール

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Publication number: JP2005291275A
Application number: JP2004104290A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 中村　　剛; Nobuhito Saji; 伸仁佐治; Masayuki Hosoya; 眞幸細谷
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】
シール機能を低下させることなく、よりコストを低減できる差動排気シールを提供する。
【解決手段】
差動排気シール４４を動作させるための排気ポンプとして、プロセス室Ｐを減圧する高真空ポンプＰ１の補助ポンプＰ２を用いているので、より低コストな構成が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば真空雰囲気に維持された筐体内で処理を行うような処理装置に用いる差動排気シールに関する。

半導体製造装置などにおいては、真空や特殊ガス雰囲気に維持したプロセス室内で、ワークをステージに載置して移動させて加工処理することが行われている。ここで、プロセス室内に駆動源を含む位置決め装置を設けると、プロセス室外部との密閉性が維持されるため、真空や特殊ガス雰囲気を比較的容易に維持することが可能となる。

ところが、プロセス室内に駆動源を含む駆動装置を設けるとなると、プロセス室自体が大きくなり、その内部を所定の気圧にするための時間が長くかかったり、プロセス室内部を満たす特殊ガスを大量に必要としたり、或いは位置決め装置のメンテナンスが困難であったりするなどの問題がある。

これに対して、プロセス室の容積を最小限にすると、上述した問題は解消されるものの、プロセス室内部に設けられたワークを載置するテーブルを、プロセス室外部から駆動する構成が必要となる。かかる構成の例としては、プロセス室と連通する筐体の壁に形成された開口を介して、プロセス室内部と外部との間を延在する回転軸を設け、かかる回転軸を筐体に対して相対回転させることで、プロセス室内部のテーブル等をプロセス室外部より回転駆動するものがある（特許文献１）。
米国特許第４７２６６８９号公報

ところで、特許文献１の構成では、筐体と回転軸との間の気体を差動排気ポートから吸引することで、外部の異物がプロセス室内に侵入することを防止している。しかるに、特許文献１においては、差動排気ポートが、プロセス室を減圧する排気ポンプとは別なポンプに接続されている。このため、差圧室の数に応じてポンプを増設することが行われている。しかし、複数台のポンプを設置することは、半導体製造装置全体のコストを上昇させることとなる。

そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、シール機能を低下させることなく、よりコストを低減できる差動排気シールを提供することを目的とする。

本発明の差動排気シールは、
メインポンプにより所定の圧力まで内部が減圧される筐体と、前記筐体の開口を介してその外部から内部へと延在する可動部材との間をシールする差動排気シールにおいて、
前記筐体内を減圧するメインポンプの背圧は、補助ポンプにより前記筐体外部の圧力より低い所定の圧力に維持されるようになっており、
前記筐体の開口または前記可動部材において、前記可動部材または前記筐体に対向して形成された少なくとも１つの差圧室と、前記差圧室に対し前記筐体の外部側及び前記差圧室に対し前記筐体の内部側のそれぞれに絞り部を有するとともに、前記補助ポンプの吸入口に前記少なくとも１つの差圧室が連通してなることを特徴とする。

本発明の差動排気シールは、メインポンプにより所定の圧力まで内部が減圧される筐体と、前記筐体の開口を介してその外部から内部へと延在する可動部材との間をシールする差動排気シールにおいて、前記筐体内を減圧するメインポンプの背圧は、補助ポンプにより前記筐体外部の圧力より低い所定の圧力に維持されるようになっており、前記筐体の開口または前記可動部材において、前記可動部材または前記筐体に対向して形成された少なくとも１つの差圧室と、前記差圧室に対し前記筐体の外部側及び前記差圧室に対し前記筐体の内部側のそれぞれに絞り部を有するとともに、前記補助ポンプの吸入口に前記少なくとも１つの差圧室が連通してなるので、前記差動排気シールを動作させるために、別個の排気ポンプを必要とせず、より低コストな構成を提供できる。

ここで、メインポンプとは、吸入気体が分子流領域であるようなポンプであり、具体的にはターボ分子ポンプ、油拡散ポンプ、スパッタイオンポンプ、ソーションポンプ、チタンサプリメーションポンプ、非蒸発ゲッタポンプ、クライオポンプなどの高真空ポンプをいう。一方、補助ポンプは、吸入気体が粘性流領域の気体であるポンプであり、油回転ポンプ、ドライポンプ等種類は問わないが、以下の最低吸引量Ｑ_Ｈを確保できるものであると好ましい。

又、「絞り部」とは、スキマが小さくなっている場合のみを指すのではなく、例えばＯ−リングによりスキマが全くない状態に密閉する場合も含めるものとする。

前記補助ポンプの吸入口に連通される前記差圧室は、前記筐体の最も外部寄りの差圧室であると好ましい。

前記絞り部がスキマを有し、前記補助ポンプに連通される最も外部寄りの差動排気シールからの流量であり、以下の式で表される流量Ｑ_Ｈが、前記メインポンプに必要背圧を得るための前記補助ポンプの流量Ｑ_ｐｕｍｐから、前記メインポンプからの排気流量Ｑ_０を差し引いた値より小さくなるように、絞り部形状が定められると好ましい。
Ｑ_Ｈ＝（ａ^３ｂ／２４μＬ）・Ｐ_０ ^２［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］（１）
ただし、ａ：前記絞り部と前記可動部材とのスキマ［ｍ］
ｂ：前記絞り部における気体の移動方向に直交する幅［ｍ］
Ｌ：前記絞り部における気体の移動方向の長さ［ｍ］
μ：通過する気体の粘度［Ｐａ・ｓ］
Ｐ_０：前記筐体外部圧力［Ｐａ］

前記可動部材は回転軸であり、その軸径ｄと、前記それぞれの絞り部の長さＬとがＬ／ｄ≦６となるとこのましい。

更に、前記メインポンプの背圧を１０Ｐａ以下とすると好ましい。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる差動排気シールを含む回転導入機１０の正面断面図であり、差動排気シールについては簡略化して示している。図１に示すように、大気圧下に設置された回転導入機１０は、内部がプロセス室Ｐとなっており更にプロセス室Ｐとその外部とを連通する開口２０ａを有する筐体２０と、筐体２０の開口２０ａを貫通して、プロセス室Ｐから外部へと延在する可動部材である回転軸３０と、開口２０ａを遮蔽するように筐体２０に取り付けられたシールユニット４０と、プロセス室Ｐを減圧するためのメインポンプである高真空ポンプＰ１と、その補助ポンプＰ２とを有している。尚、プロセス室Ｐと高真空ポンプＰ１の吸入口とを連通する配管にはバルブＶ１が配置され、高真空ポンプＰ１の排出口と補助ポンプＰ２の吸入口とを連通する配管にはバルブＶ２が配置されている。補助ポンプＰ２の排出口は、大気に開放されている。

シールユニット４０は、筐体２０にボルト（不図示）などで、例えばＯ−リングのようなシール要素を介して固定される円筒状の本体４１と、本体４１に対して回転軸３０を回転自在に支持する軸受４２，４３と、差動排気シール４４とからなる。

差動排気シール４４は、本体４１の筐体２０側端部近傍において、周溝状の差圧室４４ａと、その軸線方向両側に配置されたランド部４４ｂ、４４ｃを有している。ランド部４４ｂ、４４ｃは、回転軸３０の表面に対して、小さなクリアランス（スキマともいう）ａで近接している。差圧室４４ａは、補助ポンプＰ２の吸入口に連通している。即ち、補助ポンプＰ２の吸入口は、高真空ポンプＰ１の排出口と差圧室の双方に連通している。尚、ランド部４４ｂ及び４４ｃが本発明の絞り部を構成する。

本実施の形態の動作について説明する。回転軸３０のプロセス室Ｐ内端部には、被回転体である不図示のワークが取り付けられているものとする。かかる状態から、補助ポンプＰ２及び高真空ポンプＰ１を動作させて、プロセス室Ｐを減圧する。このとき、たとえばターボ分子ポンプである高真空ポンプＰ１の背圧は、補助ポンプＰ２により大気圧より低い所定の圧力に維持されるようになっており、それにより高真空ポンプＰ１の性能を発揮できるようになっている。又、排気ポンプＰ２の動作により、差動排気シール４４がシール機能を発揮する。

差動排気シール４４のシール機能について説明する。本実施の形態のように、圧力差のある２室（ここではプロセス室Ｐと大気）の隔壁を貫通する回転軸３０の貫通穴の途中に全周溝（差圧室）４４ａを設けて、それに排気ポンプＰ２を接続して吸引したときにランド部４４ｂ及び４４ｃと回転軸３０とのクリアランスａを極力小さくすると、圧力抵抗が大きくなり、高圧室（大気）側から流入するガス（一般的にはエア）の量が少なくなる。流入するガスのほとんどの量を差圧室４４ａから排気すると、低圧室（プロセス室Ｐ）側へのガスの流入は極めて微量となる。したがって、回転軸３０が回転（或いは直動）自在に貫通しているにもかかわらず、２室が気密的に隔離された状態を得ることができる。このような構成を差動排気シールと呼ぶ。本実施の形態の場合の差動排気シール４４は、非接触であるため、シールからの発塵・アウトガスがなく、長寿命で、さらに温度に寿命が依存しないという特長を持つが、ランド部４４ｂ、４４ｃに、例えばＯリングのような接触式シールを設けて対向面と密着させた絞り部としてもよい。このようにした上で、差圧室４４ａから排気するようにしたものも差動排気シールと呼ぶことにする。

プロセス室Ｐ内が所定の気圧に減圧された後、不図示の駆動源により回転軸３０が外部から回転させられることで、プロセス室Ｐ内の真空環境下で、ワークが回転しながら所定の処理が施されるようになっている。

本実施の形態によれば、差動排気シール４４を動作させるための排気ポンプとして、プロセス室Ｐを減圧する高真空ポンプＰ１の補助ポンプＰ２を用いているので、より低コストな構成が提供される。

ここで、差動排気シール４４のランド部４４ｃの寸法について考察する。図２（ａ）は、差動排気シールの概略図であり、図２（ｂ）は絞り部と回転軸との間の空間のモデル図である。ここで、補助ポンプＰ２の差動排気シールを動作させるために必要な最低吸引量Ｑ_Ｈは、以下の式で表される。
Ｑ_Ｈ＝（ａ^３ｂ／２４μＬ）・Ｐ_０ ^２［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］（１）
ただし、ａ：絞り部４４ｃと回転軸３０とのスキマ［ｍ］
ｂ：絞り部４４ｃにおけるガスの移動方向に直交する幅（即ち内周長）［ｍ］
Ｌ：絞り部４４ａにおけるガスの移動方向の長さ［ｍ］
μ：空気の粘度［Ｐａ・ｓ］
Ｐ_０：筐体２０外部圧力（＝大気圧）［Ｐａ］

具体的な数値計算例を以下に示す。
（計算例１）
まず、図１のような構成でプロセス室Ｐ内からの排気ガスがほとんどない場合（メインポンプからの排気流量Ｑ_０がゼロと見なせる場合）について、実効排気速度１３００［Ｌ／ｍｉｎ］の補助ポンプＰ２（ドライポンプ）を使用し、ターボ分子ポンプＰ１及び回転軸外径を変更したいくつかの場合の計算例を示す。

すなわち、回転軸３０の外径１０ｍｍ、ランド部４４ｃの軸方向長さＬ＝１０ｍｍの場合について、必要背圧（許容排気口圧力）の異なる４種類のターボ分子ポンプＰ１を使用した場合の補助ポンプＰ２の許容流量Ｑ_ｐｕｍｐ及び隙間ａの上限値の計算結果を表１に、ランド部４４ｃの軸方向長さＬ＝１０ｍｍとし、必要背圧１０Ｐａのターボ分子ポンプＰ１を使用した場合に、回転軸３０の外径Ｄを変化させた場合の補助ポンプＰ２の許容流量Ｑ_ｐｕｍｐ及び隙間ａの上限値の計算結果を表２に示す。すなわち、補助ポンプＰ２の許容流量Ｑ_ｐｕｍｐ（すなわち、メインポンプＰ１の必要背圧を得ることができる補助ポンプＰ２の許容排気流量）から、メインポンプＰ１の排気流量Ｑ_ｏ（この例ではＱ_ｏ≒０）を差し引いた値より（１）式で定まるＱ_Ｈが小さくなるように隙間ａの大きさの上限値が定められている。

表１、表２でドライポンプＰ２の許容流量Ｑ_ｐｕｍｐは、ターボ分子ポンプＰ１の必要背圧が与えられたとき、ドライポンプＰ２の実効排気速度より定まる。また、μ＝１．８２×１０^−５［Ｐａ・Ｓ］、Ｐ_Ｏ＝１０^５［Ｐａ］（大気圧）とした。

（計算例２）
図１のような構成で、プロセス入室Ｐからのアウトガスや排気ガスがＱ_０＝３０００［Ｐａ・Ｌ／ｍｉｎ］である他は、計算例１と同一条件とした場合についてを表３、表４に示す。

（計算例３）
実効排気速度４２００［Ｌ／ｍｉｎ］の補助ポンプＰ２を使用する点と、ターボ分子ポンプＰ１の必要背圧以外の条件は、計算例１と同様とした場合の結果を表５に、更にランド部４４ｃの軸方向長さＬ＝１０ｍｍとし、必要背圧が５Ｐａのターボ分子ポンプＰ１を使用した場合に、回転軸３０の外径Ｄを変化させた場合の結果を表６に示す。

（計算例４）
計算例３に対応する、プロセス室Ｐからアウトガス、排気ガスが１０００［Ｐａ・Ｌ／ｍｉｎ］の場合の結果を表７、表８に示す。

以上は、可動部材が回転軸の場合の例であるが、本発明は、筐体と可動部材との対向面が平面状（平面に沿った２次元方向に移動する）の場合にも適用できる。次に筐体と可動部材との対向面が平面状の場合の計算例を示す。可動部材を平面状とした場合の差動排気シールを含む位置決め装置の概略断面図を図３に、差動排気シールの対向面の概略図を図４に示す。図中、１２０ａが筐体１２０の開口、１４４ａが差圧室、１４４ｂ、１４４ｃがランド部（絞り部）であり、可動部材としてのスライダ１３０が図３で左右方向に、ランド部１４４ｂ、１４４ｃとの間に隙間ａを保った状態で、図示しない案内装置によりスライド可能とされている。

（計算例５）
プロセス室Ｐ内からの排気ガスがほとんどなく、必要背圧１０［Ｐａ］のターボ分子ポンプＰ１と、実効排気速度１３００［Ｌ／ｍｉｎ］のドライポンプＰ２の組み合わせ（従って許容流量ＱＨ＝７０００［Ｐａ・Ｌ／ｍｉｎ］）で開口のサイズを変化させた場合を表９に示す。但し、図４の中でランド部１４４ｃの長さＬ＝１０［ｍｍ］である。又、この場合、（１）式のｂは、ｂ＝（Ｗ２＋Ｈ２）×２とした。

なお、対向面が平面状の場合、図３のようにスライダ１３０を左右方向にスライドさせるようにする代わりに、あるいはそれに加え、スライダを回転可能に支持した回転導入機にも本発明は通用可能である。この場合、回転のみ可能とする場合は、差動排気シールの形状は、図４のような形状とする代わりに同心円状とするのが好ましく、その場合ｂ等の求め方は、形状の変更に応じて変更するのはいうまでもない。

以上のように、（１）式に基づき、差動排気シールの形状、及び選択されたターボ分子ポンプＰ１、ドライポンプＰ２から、絞り部の隙間の大きさをどのように決めればよいかを定めることができる。あるいは、（１）式に基づき、隙間ａを与えられた場合に、ターボ分子ポンプＰ１及びドライポンプＰ２、及び差動排気シールの形状（Ｄ、Ｌ、Ｈ１、Ｗ１、Ｈ２、Ｗ２等）の選択するようにしてもよい。

ここで、メインポンプである高真空ポンプ（上記の例では、ターボ分子ポンプＰ１）の必要背圧の決定は、その高真空ポンプの圧縮比と、筐体内の要求真空度とに基づき行われる。

例えば、筐体２０，１２０（真空チャンバ）内が１０^−５［Ｐａ］以下の高真空を必要とされる場合であれば、メインポンプの圧縮比を１０^７とすれば背圧は１００［Ｐａ］以下でなければならない。現実には、さらに安全をみて１０［Ｐａ］程度の背圧が得られるようにするのがより好ましい。

ここで、補助ポンプＰ２の吸気口圧力（すなわち差圧室４４ａの内圧）を１０Ｐａ以下となるようにすると、高真空ポンプＰ１として、ターボ分子ポンプ等を用いた場合における、そのメインポンプのほとんどに適合するので好ましい。その理由について、詳しく説明する。

一般的に、高真空ポンプは、その排気を大気にダイレクトに解放できないから、別のポンプ（補助ポンプという）をその排気口に接続して、背圧を下げる必要がある。高真空ポンプの排気口の圧力の許容される最大値が決まっていて、その圧力値よりもともと到達圧力が高いポンプは、補助ポンプとして用いることができない。この圧力値を許容排気口圧力（必要背圧）という。許容排気口圧力は高真空ポンプの仕様の一つである。

本実施の形態で高真空ポンプとして用いているターボ分子ポンプには、その冷却方式に水冷と空冷の２種類があるが、一般的に水冷方式のポンプの方が許容排気口圧力が高く、例えば同排気速度実行排気速度５５０［Ｌ／ｓ］のターボ分子ポンプで、許容排気口圧力を比較した場合、水冷方式では２００Ｐａ、空冷方式では１０Ｐａという例がある。許容排気口圧力が高いと、接続可能な補助ポンプがより高い到達圧力のものでも許されることになり、補助ポンプの選択の幅が広がる。よって、水冷方式の方が有利であると言えるが、水冷方式のポンプの方が空冷方式のものより高価である場合が多い。

空冷方式のポンプの許容排気口圧力は、数１０Ｐａであるのが普通で最も低い圧力値のもので１０Ｐａ程度である。従って、高真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の排気口圧力が１０Ｐａ以下になるように、排気系を構成すれば、ほとんどのターボ分子ポンプを用いたプロセス室に対して適用可能となる。たとえば、許容排気口圧力の制約から、水冷方式のターボ分子ポンプが使われているプロセス室にしか適用できないということはなくなる。

ここで、排気系と一言で述べたが、上記の排気系（＝ターボ分子ポンプの排気口圧力が１０Ｐａ以下になる排気系）を実現するには以下の要件が必要である。
（１）まず、補助ポンプの到達圧力が１０Ｐａ以下であることが、前提として必要である。
（２）ターボ分子ポンプから流入するガス流量（＝ターボ分子ポンプの排気）によって決まる補助ポンプの吸気口圧力が１０Ｐａ以下である必要がある。
（３）差動排気シールからのガス流量（上記（１）式のＱ_Ｈ）によって決まる補助ポンプの吸気口圧力が１０Ｐａ以下であることが必要である。このためには、補助ポンプの到達圧力はなるべく低く、排気速度がなるべく大きいとより実現しやすいということになるが、本発明の本来の趣旨からすれば、もともとターボ分子ポンプの補助ポンプとして存在していたポンプの余力分を、差動排気シールの機能を発揮させるために使用するということであるから、その場合、極力、差動排気シールからの流入ガス流量を小さくすることが好ましい。そのためには、以下のようにすると効果的である。
（４）絞り部４４ｃの内周長ｂを小さくする。内周長ｂに比例して流入量は増大するからである。
（５）絞り部４４ｃの長さＬを大きくする。長さＬに反比例して流入量は増大するからである。
（６）絞り部４４ｃのスキマａを小さくする。スキマａの３乗に比例して流入量は増大するからである。

上記数値の必要十分な値は、補助ポンプ（＝差動排気ポンプ）の到達圧力と排気速度性能によって変化するため一概には決められないが、少なくともスキマ（シールクリアランスという）ａの大きさは５〜５０μｍ程度である必要がある。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

例えば、図１で示したような可動部材が回転軸である場合や、図３で示したような平板状の可動部材が開口を塞ぐように配され、筐体の外壁に沿う方向にスライド可能なものの他にも、開口を貫通する軸上あるいは角柱状等の可動部材が貫通方向に沿って往復動可能な可動部材としたものにも適用できる。

図３のような平板状の可動部材の場合、差圧室を可動部材の側に設けるような構成としてもよい。但し、可動部材の移動範囲内において、常に差動室に隣接する絞り部が筐体内部あるいは筐体外部に露出することのないようにする必要があり、そのためには絞り部及び差圧室を図４のような方向からみた場合の面積が広くなる。その点、固定側である筐体例に差圧室を設けるようにすれば、同じ性能を得るのに、その面積を極小化でき、好ましい。

また、図１や図３の例では、差圧室を１つ設けているが、差圧室を２つあるいは３つ以上設けた場合にも適用可能である。この場合、いずれの差圧室を補助ポンプの吸入口に連通するように構成してもよいが、例えば、チャンバ内からの排気が多い場合は、最も外部寄り（大気側寄り）の差圧室を補助ポンプの吸入口に連通するような構成とするのが好ましい。これに対し、内部からの排気が全くない場合は、内側寄り（プロセス室Ｐ側寄り）の差圧室を補助ポンプの吸入口に連通するような構成とするのが、プロセス室Ｐのクリーン度が維持されるので好ましい。図５に、可動部材が回転軸である場合で、周溝状の差圧室を２つ設けるようにした回転導入機の例を示す。

差圧室４４ａにおいて大部分の排気が行われ、差圧室４４ｄ内の圧力は大気圧に比べ十分低い圧力となっている。従って、差圧室４４ｄの排気には高真空ポンプであるターボ分子ポンプＰ３を使用している。但し、必要な到達圧力がプロセス室ほど低くないため、ターボ分子ポンプＰ３としては、大型のものは不要である。

図６は、周溝状の差圧室を２つずつ設けるようにした回転導入機の他の例を示す図である。本例は、図１の構成に対して、大気側に近い差圧室４４ａを補助ポンプＰ３により吸引している。ターボ分子ポンプＰ１の実効排気速度を５５０Ｌ／ｓ、補助ポンプＰ２の実効排気速度を２６５Ｌ／ｍｉｎ、到達圧力を０．２Ｐａ、また、差動排気ポンプＰ３の実効排気速度を５Ｌ／ｍｉｎ、到達圧力を４１００Ｐａである構成で、３３Ｌのプロセス室を真空とする場合を考える時、プロセス室を１．３×１０^−５Ｐａ（＝１．０×１０^−７Ｔｏｒｒ、高真空領域のさらにより高真空側の圧力で、通常の半導体製造プロセスをカバーする圧力領域）以下に保持するためのシール長さ（Ｌ）と軸径（ｄ）の関係を種々の組み合わせについて調べた。その一覧を表１０に示す。シールクリアランスは、通常用いられる１０μｍと２０μｍを採用している。いずれの場合も（Ｌ／ｄ）は、６以下となっているのが分かる。言い換えれば、（Ｌ／ｄ）が６以下を満足すれば、補助ポンプと差動排気ポンプの少なくとも１台を兼用とする本発明での差動排気は成立すると言える。

本発明の実施の形態にかかる差動排気シールを含む回転導入機１０の正面断面図である。図２（ａ）は、差動排気シールの概略図であり、図２（ｂ）は絞り部と相手側の部材との間の空間のモデル図である。可動部材を平面状とした場合の差動排気シールを含む位置決め装置の概略断面図である。図４の差動排気シールの対向面の概略図である。可動部材が回転軸である場合で、周溝状の差圧室を２つ設けるようにした回転導入機の例を示す概略構成図である。可動部材が回転軸である場合で、周溝状の差圧室を２つ設けるようにした回転導入機の別な例を示す概略構成図である。

符号の説明

１０回転導入機
２０筐体
３０回転軸
４０シールユニット
４４差動排気シール

Claims

メインポンプにより所定の圧力まで内部が減圧される筐体と、前記筐体の開口を介してその外部から内部へと延在する可動部材との間をシールする差動排気シールにおいて、
前記筐体内を減圧するメインポンプの背圧は、補助ポンプにより前記筐体外部の圧力より低い所定の圧力に維持されるようになっており、
前記筐体の開口または前記可動部材において、前記可動部材または前記筐体に対向して形成された少なくとも１つの差圧室と、前記差圧室に対し前記筐体の外部側及び前記差圧室に対し前記筐体の内部側のそれぞれに絞り部を有するとともに、前記補助ポンプの吸入口に前記少なくとも１つの差圧室が連通してなることを特徴とする差動排気シール。
前記補助ポンプの吸入口に連通される前記差圧室は、前記筐体の最も外部寄りの差圧室であることを特徴とする請求項１に記載の差動排気シール。
前記絞り部がスキマを有し、前記補助ポンプに連通される最も外部寄りの差動排気シールからの流量であり、以下の式で表される流量Ｑ_Ｈが、前記メインポンプに必要背圧を得るための前記補助ポンプの流量Ｑ_ｐｕｍｐから、前記メインポンプからの排気流量Ｑ_０を差し引いた値より小さくなるように、絞り部形状が定められることを特徴とする請求項２に記載の差動排気シール。
Ｑ_Ｈ＝（ａ^３ｂ／２４μＬ）・Ｐ_０ ^２［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］（１）
ただし、ａ：前記絞り部と前記可動部材とのスキマ［ｍ］
ｂ：前記絞り部における気体の移動方向に直交する幅［ｍ］
Ｌ：前記絞り部における気体の移動方向の長さ［ｍ］
μ：通過する気体の粘度［Ｐａ・ｓ］
Ｐ_０：前記筐体外部圧力［Ｐａ］
前記可動部材は回転軸であり、その軸径ｄと、前記それぞれの絞り部の長さＬとがＬ／ｄ≦６となることを特徴とする請求項１に記載の差動排気シール。
前記メインポンプの背圧を１０Ｐａ以下とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の差動排気シール。