(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸が基板面に水平なウオーム歯車の作成方法において、
（１）基板上に感光剤を塗布する工程と、
（２）露光制御方法により前記感光剤を露光し、該感光剤にウオーム歯車が回転できるように基板との間隙部分になる断面が曲面形状の領域およびウオーム歯車の軸受け部となる窪み部を形成する工程と、
（３）前記感光剤をマスクにして、基板面に垂直方向にエッチングできかつ感光剤と被エッチング材料のエッチング速度が同じになるようにエッチング（以下転写エッチングと称す）を行う、すなわち前記被エッチング材料として前記基板に前記間隙部分となる領域および前記軸受け部となる窪み部を形成する工程と、
（４）前記転写エッチング後、基板上にウオーム歯車の材料と異なる材料を堆積する工程と、
（５）工程(４)により堆積した材料のうち、前記間隙部分を形成する領域以外の領域の材料を除去する工程と、
（６）前記基板上に感光剤をウオーム歯車の半径に等しい厚さになるように塗布する工程と、
（７）前記感光剤に回転軸を含むウオーム歯車の下半分の型の形状を露光制御方法を用いて露光し、続いて現像、固化する工程と、
（８）工程（７）の前記感光剤をマスクにして、工程(５)により除去されずに残っている前記間隙部分を形成する領域の材料を前記被エッチング材料として転写エッチングを行い、前記領域の材料に前記回転軸を含むウオーム歯車の下半分の型を形成する工程と、
（９）ウオーム歯車の形成領域において最も厚い部分の膜厚がウオーム歯車の直径と等しくなるようウオーム歯車の材料を基板上に堆積する工程と、
（１０）さらに、堆積したウオーム歯車の材料の上に感光剤をウオーム歯車の半径に等しくなるよう塗布する工程と、
（１１）工程(１０)により塗布した感光剤に露光制御方法で、工程(８)により形成した回転軸を含むウオーム歯車の下半分の型に一致させて、回転軸を含むウオーム歯車の上半分を作成する工程と、
（１２）工程(１１)で作成した回転軸を含むウオーム歯車の上半分の形状を、工程(９)により堆積したウオーム歯車の材料に転写エッチングし、回転軸を含むウオーム歯車を形成する工程と、
（１３）前記工程（４）で堆積したウオーム歯車を回転させるための間隙に相当する部分の材料を除去する工程と、
からなることを特徴とするウオーム歯車の作成方法。
【請求項２】
回転軸が基板面に垂直なウオーム歯車の作成方法において、
（１）基板とウオーム歯車との間に、ウオーム歯車を回転させるための間隙に相当する部分を形成する材料を軸受け部を含む基板上に堆積する工程と、
（２）ウオーム歯車の材料、感光剤の順で螺旋の一段の高さに等しい厚みだけ基板上に堆積する工程と、
（３）露光制御方法により感光剤を露光し、工程(１)で形成した間隙に相当する部分に一致させて、螺旋形状の一巻きを形成する工程と、
（４）工程（３）により形成された感光剤の形状をウオーム歯車の材料に転写エッチングし、歯車の土台を形成する工程と、
（５）歯車の溝の部分を形成するため、ウオーム歯車の材料と異なる材料を螺旋の一段の高さに等しい厚みだけ基板に堆積し、その上に感光剤を堆積する工程と、
（６）次に、フォトリソグラフィ工程において輪状のパターンが描かれたマスクを用いて露光、現像、エッチングを行い、ウオーム歯車の溝の部分に前記ウオーム歯車の材料と異なる材料が残るよう形成した後、エッチングして感光剤を除去する工程と、
（７）ウオーム歯車の材料、感光剤を螺旋の一段の高さに等しい厚みだけ基板上に順次堆積し、露光制御方法により前記感光剤を露光し、螺旋形状の一巻きを形成し、さらに感光剤の形状をウオーム歯車の材料に転写エッチングして、ウオーム歯車の突起部になる部分とウオーム歯車の中心部を作成する工程と、
（８）所望の歯数になるまで工程(２)〜工程(７)を繰り返し、ウオーム歯車の材料と該歯車とは異なる材料を積層形成する工程と、
（９）上側の基板に、ウオーム歯車を回転させるための間隙に相当する部分を形成する材料を上部軸受け部の間に堆積させ、その上に軸受け部を形成する工程と、
（１０）工程（８）により形成したウオーム歯車とは異なる材料、および工程（１）と工程（９）により堆積したウオーム歯車を回転させるための間隙に相当する部分の材料を除去する工程と、
からなることを特徴とするウオーム歯車の作成方法。
【請求項３】
回転軸が基板面に水平な平歯車の作成方法において、
（１）基板に溝を作り、該溝に平歯車および基板の材料とは異なる材料を埋めた後、基板上に感光剤を塗布する工程と、
（２）露光制御方法により前記感光剤を露光し、回転軸を含む平歯車の下半分を感光剤に形成する工程と、
（３）工程(２)により形成した感光剤をマスクにして転写エッチングにより工程(１)で溝に埋めた材料に回転軸を含む平歯車の下半分に相当する型を形成する工程と、
（４）平歯車の材料を、前記型内に堆積し、更に基板上に平歯車の直径に等しい厚みだけ堆積する工程と、
（５）工程（４）により堆積した平歯車の材料の上に感光剤を平歯車の半径に等しい厚みに塗布する工程と、
（６）露光制御方法により感光剤を露光し、平歯車の下半分に一致させて回転軸を含む平歯車の上半分の形状を感光剤に形成する工程と、
（７）工程（６）により形成した平歯車の上半分の形状を、工程（３）により形成した型に合わせて平歯車の材料に転写エッチングして、平歯車を形成する工程と、
（８）工程(１)により領域および軸受け部に埋めた材料を除去し、平歯車が回転できるように、基板と平歯車の間に間隙を形成する工程と、
からなることを特徴とする平歯車の作成方法。
【請求項４】
回転軸が基板面に垂直な傘歯車の作成方法において、
（１）基板に溝を作り、該溝に傘歯車および基板の材料とは異なる材料を埋める工程と、
（２）溝を形成した基板上に傘歯車の材料を堆積し、その上に感光剤を塗布する工程と、
（３）露光制御方法により感光剤を露光し、感光剤に傘歯車の形状を形成する工程と、
（４）工程（３）により形成した感光剤の傘歯車の形状を傘歯車の材料に転写エッチングして、傘歯車を形成する工程と、
（５）工程（１）により溝に埋めた材料を除去し、傘歯車が回転できるように基板と傘歯車の間に間隙を形成する工程と、
からなることを特徴とする傘歯車の作成方法。
【請求項５】
回転軸が基板面に垂直なウオーム歯車の作成方法において、
（１）基板上に軸受け部を形成し、基板とウオーム歯車との間に、ウオーム歯車を回転させるための間隙に相当する部分を形成する材料を前記軸受け部を含む基板上に堆積する工程と、
（２）ウオーム歯車の材料で一方向に傾斜した面を持つ歯部を形成する工程と、
（３）次に、ウオーム歯車の材料とは異なる材料で歯車の溝部分、磁気歯もしくは静電気歯の部分に相当する輪の半分を形成する工程と、
（４）他の輪の半分を形成するため、工程（１）により形成した半分とは反対に傾斜した面を持つ歯部および溝部分を形成する工程と、からなり、
（５）前記工程（２）〜工程（４）により所望の歯数の歯車を形成する工程と、
（６）工程（１）で堆積したウオーム歯車を回転させるための間隙に相当する部分の材料を除去する工程と、
からなることを特徴とするウオーム歯車の作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロマシンに適用するサブミクロンからセンチメートルまでの大きさの歯車に関し、特に、歯車の周面に突起状の歯、もしくは磁気歯、もしくは静電気歯のいずれかの歯を、回転軸が基板面に水平なウオーム、垂直なウオーム、または回転軸が基板面に水平な平歯車、もしくは回転軸が基板面に垂直な傘歯車の作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車の一例として、普通の機械などに用いられている、ウオームおよびウオーム歯車の組み合わせを第１８図に示している。第１７図のような回転軸が基板面に垂直に置かれた、周面に突起がある平歯車は、従来の半導体プロセスなどに用いられる薄膜形成、微細加工技術で作成しやすい形状である。しかし、このような平歯車以外の、例えばウオームのような螺旋状の歯の持つ歯車など、複雑な形状の歯車は作られていない。
また、突起状の歯車の代わりに、周面に磁気歯を形成した歯車は特開平９−５６１４６号公報において提案されている。この種の歯車の磁気歯は、歯車基体とは別に半導体プロセスを用いてフレキシブル基板に作成される。その後、基体に磁気歯が形成されたフレキシブル基板を巻き付けて磁気式歯車が完成される。しかし、この方法では、ミリメートル程度の大きさまでの歯車を作成できるが、ミクロンおよびサブミクロンの大きさの歯車を作成することは難しい。
マイクロマシンに組み込む駆動用アクチュエータ（モータ）には超小型化が要求される。超小型のアクチュエータは発生動力も小さく、小さな発生動力でマイクロマシンを運転するにはその動力伝達経路に減速比の大きな動力伝達用の歯車装置が必要である。この歯車装置には前記した歯車、すなわち周面に突起がある歯車、周面に磁気歯を形成した歯車および静電気歯を周面に設けた歯車が有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】
特開平９−５６１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、前述の歯車をシリコン基板、ガラス基板、セラッミクス基板、プラスチック基板、金属基板などの様々な基板に形成することを目的にしている。
上記基板の表面又は裏面、及び基板の内部に形成可能な周面に突起があり歯車同士の噛み合いで回転する歯車、もしくは磁気的な力で回転する磁気式歯車、もしくは静電気の力で回転する静電気式歯車などが対象となる。図１５に示す平歯車の場合には、回転軸が基板面に垂直な平歯車以外の、たとえば図１および図２に示す螺旋形状のウオーム、図７に示す回転軸が基板面に平行な平歯車、そして傾斜した平歯車、図９に示す傘歯車、そして傾斜した傘歯車など、複雑な形状をした歯車がマイクロマシンの実用化に不可欠である。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、半導体プロセスなどに用いる薄膜形成技術および微細加工技術を用いて、マイクロマシンなどの動力伝達用として超小型化を可能にした周面に突起がある歯車、周面に磁気歯がある歯車、および周面に静電気歯がある歯車のいずれかの歯を設けた、回転軸が基板面に垂直なウオーム、水平なウオーム、水平な平歯車、垂直な傘歯車の作成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１記載の発明は、回転軸が基板面に水平なウオーム歯車の作成方法において、
（１）基板上に感光剤を塗布する工程と、
（２）露光制御方法により前記感光剤を露光し、該感光剤にウオーム歯車が回転できるように基板との間隙部分になる断面が曲面形状の領域およびウオーム歯車の軸受け部となる窪み部を形成する工程と、
（３）前記感光剤をマスクにして、基板面に垂直方向にエッチングできかつ感光剤と被エッチング材料のエッチング速度が同じになるようにエッチング（以下転写エッチングと称す）を行う、すなわち前記被エッチング材料として前記基板に前記間隙部分となる領域および前記軸受け部となる窪み部を形成する工程と、
（４）前記転写エッチング後、基板上にウオーム歯車の材料と異なる材料を堆積する工程と、
（５）工程(４)により堆積した材料のうち、前記間隙部分を形成する領域以外の領域の材料を除去する工程と、
（６）前記基板上に感光剤をウオーム歯車の半径に等しい厚さになるように塗布する工程と、
（７）前記感光剤に回転軸を含むウオーム歯車の下半分の型の形状を露光制御方法を用いて露光し、続いて現像、固化する工程と、
（８）工程（７）の前記感光剤をマスクにして、工程(５)により除去されずに残っている前記間隙部分を形成する領域の材料を前記被エッチング材料として転写エッチングを行い、前記領域の材料に前記回転軸を含むウオーム歯車の下半分の型を形成する工程と、
（９）ウオーム歯車の形成領域において最も厚い部分の膜厚がウオーム歯車の直径と等しくなるようウオーム歯車の材料を基板上に堆積する工程と、
（１０）さらに、堆積したウオーム歯車の材料の上に感光剤をウオーム歯車の半径に等しくなるよう塗布する工程と、
（１１）工程(１０)により塗布した感光剤に露光制御方法で、工程(８)により形成した回転軸を含むウオーム歯車の下半分の型に一致させて、回転軸を含むウオーム歯車の上半分を作成する工程と、
（１２）工程(１１)で作成した回転軸を含むウオーム歯車の上半分の形状を、工程(９)により堆積したウオーム歯車の材料に転写エッチングし、回転軸を含むウオーム歯車を形成する工程と、
（１３）前記工程（４）で堆積したウオーム歯車を回転させるための間隙に相当する部分の材料を除去する工程と、からなることを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、回転軸が基板面に垂直なウオーム歯車の作成方法において、
（１）基板とウオーム歯車との間に、ウオーム歯車を回転させるための間隙に相当する部分を形成する材料を軸受け部を含む基板上に堆積する工程と、
（２）ウオーム歯車の材料、感光剤の順で螺旋の一段の高さに等しい厚みだけ基板上に堆積する工程と、
（３）露光制御方法により感光剤を露光し、工程(１)で形成した間隙に相当する部分に一致させて、螺旋形状の一巻きを形成する工程と、
（４）工程（３）により形成された感光剤の形状をウオーム歯車の材料に転写エッチングし、歯車の土台を形成する工程と、
（５）歯車の溝の部分を形成するため、ウオーム歯車の材料と異なる材料を螺旋の一段の高さに等しい厚みだけ基板に堆積し、その上に感光剤を堆積する工程と、
（６）次に、フォトリソグラフィ工程において輪状のパターンが描かれたマスクを用いて露光、現像、エッチングを行い、ウオーム歯車の溝の部分に前記ウオーム歯車の材料と異なる材料が残るよう形成した後、エッチングして感光剤を除去する工程と、
（７）ウオーム歯車の材料、感光剤を螺旋の一段の高さに等しい厚みだけ基板上に順次堆積し、露光制御方法により前記感光剤を露光し、螺旋形状の一巻きを形成し、さらに感光剤の形状をウオーム歯車の材料に転写エッチングして、ウオーム歯車の突起部になる部分とウオーム歯車の中心部を作成する工程と、
（８）所望の歯数になるまで工程(２)〜工程(７)を繰り返し、ウオーム歯車の材料と該歯車とは異なる材料を積層形成する工程と、
（９）上側の基板に、ウオーム歯車を回転させるための間隙に相当する部分を形成する材料を上部軸受け部の間に堆積させ、その上に軸受け部を形成する工程と、
（１０）工程（８）により形成したウオーム歯車とは異なる材料、および工程（１）と工程（９）により堆積したウオーム歯車を回転させるための間隙に相当する部分の材料を除去する工程と、からなることを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、回転軸が基板面に水平な平歯車の作成方法において、
（１）基板に溝を作り、該溝に平歯車および基板の材料とは異なる材料を埋めた後、基板上に感光剤を塗布する工程と、
（２）露光制御方法により前記感光剤を露光し、回転軸を含む平歯車の下半分を感光剤に形成する工程と、
（３）工程(２)により形成した感光剤をマスクにして転写エッチングにより工程(１)で溝に埋めた材料に回転軸を含む平歯車の下半分に相当する型を形成する工程と、
（４）平歯車の材料を、前記型内に堆積し、更に基板上に平歯車の直径に等しい厚みだけ堆積する工程と、
（５）工程（４）により堆積した平歯車の材料の上に感光剤を平歯車の半径に等しい厚みに塗布する工程と、
（６）露光制御方法により感光剤を露光し、平歯車の下半分に一致させて回転軸を含む平歯車の上半分の形状を感光剤に形成する工程と、
（７）工程（６）により形成した平歯車の上半分の形状を、工程（３）により形成した型に合わせて平歯車の材料に転写エッチングして、平歯車を形成する工程と、
（８）工程(１)により領域および軸受け部に埋めた材料を除去し、平歯車が回転できるように、基板と平歯車の間に間隙を形成する工程と、からなることを特徴としている。
また、請求項４記載の発明は、回転軸が基板面に垂直な傘歯車の作成方法において、
（１）基板に溝を作り、該溝に傘歯車および基板の材料とは異なる材料を埋める工程と、
（２）溝を形成した基板上に傘歯車の材料を堆積し、その上に感光剤を塗布する工程と、
（３）露光制御方法により感光剤を露光し、感光剤に傘歯車の形状を形成する工程と、
（４）工程（３）により形成した感光剤の傘歯車の形状を傘歯車の材料に転写エッチングして、傘歯車を形成する工程と、
（５）工程（１）により溝に埋めた材料を除去し、傘歯車が回転できるように基板と傘歯車の間に間隙を形成する工程と、からなることを特徴としている。
更に、請求項５記載の発明は、回転軸が基板面に垂直なウオーム歯車の作成方法において、
（１）基板上に軸受け部を形成し、基板とウオーム歯車との間に、ウオーム歯車を回転させるための間隙に相当する部分を形成する材料を前記軸受け部を含む基板上に堆積する工程と、
（２）ウオーム歯車の材料で一方向に傾斜した面を持つ歯部を形成する工程と、
（３）次に、ウオーム歯車の材料とは異なる材料で歯車の溝部分、磁気歯もしくは静電気歯の部分に相当する輪の半分を形成する工程と、
（４）他の輪の半分を形成するため、工程（１）により形成した半分とは反対に傾斜した面を持つ歯部および溝部分を形成する工程と、からなり、
（５）前記工程（２）〜工程（４）により所望の歯数の歯車を形成する工程と、
（６）工程（１）で堆積したウオーム歯車を回転させるための間隙に相当する部分の材料を除去する工程と、からなることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
第１図は、円柱形のウオームの上面図である。
第２図は、円柱形のウオームの側面図である。
第３図は、本発明の第１実施例によるマイクロマシン用の回転軸が基板面に水平なウオームの作成方法を説明するための平面図である。
第４図は、本発明の第１実施例によるマイクロマシン用の回転軸が基板面に水平なウオームの作成方法を説明するための断面図である。
第５図は、本発明の第２実施例によるマイクロマシン用の回転軸
が基板面に垂直なウオームの作成方法を説明するための断面図である。
第６図は、本発明の第２実施例によるマイクロマシン用の回転軸が基板面に垂直なウオームのもう一つの作成方法を説明するための断面図である。
第７図は、本発明の第３実施例によるマイクロマシン用の回転軸が基板面に水平な平歯車の作成方法を説明するための平面図である。
第８図は、本発明の第３実施例によるマイクロマシン用の回転軸が基板面に水平な平歯車の作成方法を説明するための断面図である。
第９図は、本発明の第３実施例によるマイクロマシン用の回転軸が基板面に垂直な傘歯車を説明する側面図である。
第１０図は、本発明の第４実施例によるマイクロマシン用の回転軸が基板面に垂直な傘歯車の作成方法を説明するための断面図である。
第１１図は、本発明の第５実施例によるマイクロマシン用の回転軸が基板面に傾斜した歯車を説明する斜視図である。
第１２図は、本発明の第５実施例によるマイクロマシン用の回転軸が基板面に傾斜した歯車の作成方法を説明するための断面図である。
第１３図は、本発明の他の実施形態によるマイクロマシン用の磁気式歯車および静電気式歯車の完成を示すもので、回転軸が基板面に水平なウオーム歯車の平面図である。
第１４図は、本発明の他の実施形態によるマイクロマシン用の磁気式歯車および静電気式歯車の完成を示すもので、回転軸が基板面に垂直なウオーム歯車の側面図である。
第１５図は、本発明の他の実施形態によるマイクロマシン用の磁気式歯車および静電気式歯車の完成を示すもので、回転軸が基板面に水平な平歯車の側面図である。
第１６図は、本発明の他の実施形態によるマイクロマシン用の磁気式歯車および静電気式歯車の完成を示すもので、回転軸が基板面に垂直な傘歯車の側面図である。
第１７図は、回転軸が基板面に垂直な平歯車の斜視図である。
第１８図は、ウオームおよびウオーム歯車の組み合わせの透視図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【０００６】
本発明をより詳細に説述するため、添付の図面に従ってこれを説明する。
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
磁気歯および静電気歯を用いたウオームは、円柱状の歯車のほかに鼓形のウオーム歯車と平歯車形のウオーム歯車とを組合わせた歯車機構、あるいは樽形のウオーム歯車と皿形のウオーム歯車との組合わせた歯車機構である。
ウオーム、ウオーム歯車、平歯車および傘歯車などの歯車本体と共に、突起状の歯、磁気式の歯および静電気式の歯を半導体プロセスなどで用いている薄膜形成技術や微細加工技術により作成する。薄膜形成技術とは真空蒸着、スパッタリング法、めっき法などがあり、また微細加工技術とはフオトリソグラフイ、エッチング法などがある。更には、これらの技術を適宜組合わせ実施することができる。
【０００７】
（第１実施例）
回転軸が基板面に水平なウオームの作成方法について説明する。図３は、ウオームの作成手順を平面的に表した説明図である。
上記のウオームは、ウオーム１が回転するために、基板３上に窪み部（軸受け部９、ウオーム歯車との間隙部分４を成す領域１４）を形成する工程（第３図の（１））、ウオーム１の下半分の領域を形成するための型１２を形成する工程（第３図の（２））、ウオーム１の材料５を第３図の（２）の工程で形成した下半分の領域とウオーム１の上半分の高さまで堆積する工程（第３図の（３））、ウオーム１の上半分を形成する工程（第３図の（４））を順次実施することにより作成される。
次に、上記の各工程を詳しく説明する。第４図の（１）〜（１３）は、ウオームの作成手順を示す断面図である。
歯車が回転できるように基板との間隙部分３になる領域１４の形成については、先ず、基板３の上に感光剤２０を塗布する（第４図の（１））。ただし、基板に直接でなくとも基板の上にさらに他の材料を堆積してその上に歯車を形成してもよい。
感光剤２０にＥＢ直接露光、反射露光方式もしくは投影露光方式などを用いてパターンを描画する（第４図の（２））。この時に図示の如く感光剤２０が半円形の形状２１になるように電子線もしくはマスク上の遮光膜を調節して露光量を制御する。すなわち、ＥＢ直接露光においては、電子ビームのビーム量を連続的に変化させてレジストに照射し、現像することで、レジストの断面形状を任意の傾斜面または曲面形状に加工する。また、ビーム量を抑制して電子ビームの照射回数を換えて形成する方法もある。
次に、反射露光方式もしくは投影露光方式においては、用いるマスクの反射光量を遮光膜の厚み、遮光膜に形成した微少な穴の配置、もしくはこれらを組み合わせた方法などにより露光量を連続的に制御して所望の形状に形成する。以下、この方法を露光量制御法と呼ぶ。この他に、イオンビームまたはレーザーなどで直接材料をエッチングして形成することもできる。
第４図の（２）の工程で形成した感光剤２０をマスクにして、基板面に垂直方向にエッチングできかつ感光剤と被エッチング材料、ここでは基板材料と感光剤材料のエッチング速度が同じになるようにエッチング２２する（第４図の（３））。以下、この方法を転写エッチング法と呼ぶ。
歯車と異なる材料１３を堆積する（第４図の（４））。
第４図の（４）の工程で堆積した材料１３で、溝以外の領域を除去する（第４図の（５））。
続いて、歯車の下半分の型を形成する。先ず、感光剤２０を歯車の半径に等しい厚さになるように塗布する（第４図の（６））。
第４図の（２）の工程と同じ方法で歯車の下半分の型２３の形状を露光量制御法を用いて露光、現像、固化する（第４図の（７））。
第４図の（３）の工程と同じ方法で歯車の下半分の型２４を転写エッチングして転写形成する（第４図の（８））。
次に、歯車を形成する。
歯車の材料５を基板３上に堆積する（第４図の（９））。この時の材料５の膜の厚みは歯車の形成領域において最も厚い部分の膜厚が歯車の直径と等しくする。
感光剤２０を塗布する（第４図の（１０））。厚みは歯車の半径に等しくなるように調節する。
塗布した感光剤２０に傾斜露光方法で歯車の上半分２５を作成する（第４図の（１１））。
転写エッチング法で上部に形成した歯車の上半分２５の形状を下地材料にエッチングし、転写形成する（第４図の（１２））。
最後に、基板３と歯車１との間にある材料１３を除去し、間隙４を形成することで、歯車が回転できるようになる（第４図の（１３））。
尚、円柱形のウオームのほかに、鼓形のウオーム、樽形のウオームなど、色々な形状も形成できる。
【０００８】
（第２実施例）
回転軸が基板面に垂直なウオームの作成方法について説明する。第５図は前記ウオームの作成手順を示す断面図である。
第５図の（１）〜（４）は、螺旋の土台を作成する工程である。
歯車を回転させるために、軸受け部３０と基板３と歯車１との間隙に相当する部分３１を形成する（第５図の（１））。
歯車の材料５と感光剤２０を螺旋の一段の高さに等しい厚みだけ基板３上に堆積する（第５図の（２））。
感光剤２０を露光量制御法を用いて露光し、螺旋形状の一巻きを形成する（第５図の（３））。
感光剤２０の形状を転写エッチングして、歯車の土台５１を形成する（第５図の（４））。
続いて、歯車１の溝１ａの部分を形成する。この溝１ａは、歯車を構成する材料５と異なる材料１３を基板前面に堆積し、その上にレジストを堆積する。次にフォトリソグラフィ工程において輪状のパターンが描かれた通常のマスクを用いて露光、現像、エッチングを行い、溝１ａの部分に材料１３が残るよう形成する。エッチング後、レジストを除去する（第５図の（５））。
更に、歯車の突起部になる部分と歯車の中心部を作成する。すなわち、歯車の材料５を堆積して、第５図の（２）〜（４）の工程と同じ方法で形成する（第５図の（６））。
続いて、所望の歯数５１，５２，５３，・・・，５ｎになるまで第５図の（５）の工程、第５図の（６）の工程を繰り返し、積層形成する（第５図の（７））。この積層は歯車の材料５と歯車とは異なる材料１３からなる。さらに、上側の間隙部分にあたる材料を上部軸受け部の間に堆積させ、その上に軸受け部を形成する。
最後に、上下と接続した材料３１を除去する（第５図の（８））。これにより、ウオーム歯車として回転できる構造になる。完成したウオーム歯車を示す第５図の（８）では、回転軸８と軸受け部９を平行に示しているが、摩擦を減らすために各々曲面にしたり、片方を尖らせたり、形状を変えることもできる。また、回転軸８と軸受け部９の間にボールベアリングを露光量制御法と転写エッチング法で形成することもできる。
以上の方法とは異なる、別の作成方法について説明する。第６図は回転軸が基板面に垂直なウオームの他の作成方法の説明図である。
歯車を回転させるために、軸受け部と基板３と歯車との間隙に相当する部分３１を形成する。その後、歯車の材料５で一方向に傾斜した面を持つ歯部を形成する（第６図の（１））。次に、歯車の材料５とは異なる材料１３で歯車の溝部分、磁気歯もしくは静電気歯の部分に相当する輪の半分を形成する（第６図の（２））。次に他の輪の半分を形成するために、最初に形成した半分とは反対に傾斜した面を持つ歯部および溝部分（磁気歯、静電気歯）を形成する（第６図の（３），（４））。さらにこれらの工程を交互に行って、所望の歯数の歯車を形成する。
尚、円柱形のウオームの他に、鼓形のウオーム、樽形のウオームなど、色々な形状も形成できる。
【０００９】
（第３実施例）
回転軸が基板面に水平な平歯車の作成方法について説明する。本実施例は、突起が４個の平歯車である。
上記の平歯車は、歯車が回転するために、基板と歯車との間隙部分４の領域１４および軸受け部９を形成する工程（第７図の（１））、歯車の下半分の型１２を形成する工程（第７図の（２））、歯車を構成する材料５を堆積する工程（第７図の（３））、歯車の上半分を形成する工程（第７図の（４））を順次実施することにより作成される。
次に、上記の各工程を詳しく説明する。第８図の（１）〜（８）は、平歯車の作成手順を示す断面図である。
平歯車が回転できるように、基板３に溝４０を作り、歯車１および基板３と異なる材料４１を埋める。このように形成された基板上に感光剤２０を塗布する（第８図の（１））。
露光量制御により露光し、平歯車の下半分４２を形成する（第８図の（２））。
転写エッチングにより歯車の下半分に相当する型４３を形成する（第８図の（３））。
歯車の材料５を、歯車の直径に等しい厚みだけ堆積する（第８図の（４））。
感光剤２０を歯車の半径に等しい厚みに塗布する（第８図の（５））。
歯車の上半分の形状１Ａを傾斜露光で形成する（第８図の（６））。
下地材料に転写エッチングして、歯車１を形成する（第８図の（７））。
基板３と歯車１の間隙部分の材料４１を除去する（第８図の（８））。
本実施例では平歯車の突起が４個の例を示したが、４個以外の突起の平歯車も形成できる。
【００１０】
（第４実施例）
回転軸が基板面に垂直な傘歯車の作成方法について説明する。第９図は、前記傘歯車の側面図である。
歯車が回転できるように、基板３に溝を作り、この溝に歯車および基板と異なる材料３１を埋める（第１０図の（１））。
溝を形成した基板上に歯車の材料５を堆積する（第１０図の（２））。
感光剤２０を塗布する（第１０図の（３））。
露光量制御により露光し、傘歯車の形状５０を形成する（第１０図の（４））。
転写エッチングして、傘歯車５１を形成する（第１０図の（５））。
基板と歯車との間にある材料３１を除去し、傘歯車を作成する（第１０図の（６））。
【００１１】
（第５実施例）
回転軸が基板面に傾斜した歯車の作成方法について説明する。第１１図は回転軸８が基板面に傾斜した歯車１の輪郭を表した斜視図である。本実施例は、歯車の回転軸が基板面に傾斜したウオーム、平歯車および傘歯車に適用される。
基板３もしくは基板上に形成した基板以外の材料の上にレジスト２０を塗布する（第１２図の（１））。
基板３をエッチバックしてレジストの形状６０を基板３（下地材料）に転写エッチングする（第１２図の（２））。
基板３の表面に基板３とは異なる材料で膜６１を形成する（第１２図の（３））。
基板３の上に歯車の材料５を堆積し、その上にレジスト２０を塗布する（第１２図の（４））。
基板３をエッチバックしてレジストの形状を基板３に転写エッチングする（第１２図の（５））。
前記第１２図の（３）の工程で形成した膜６１をエッチングし、除去する（第１２図の（６））
本発明は、上記実施例による歯車の他に、次のような実施態様を包含する。第１３図〜第１６図は、磁気式歯車および静電気式歯車に関して各々の完成図を示すもので、第１３図は回転軸が基板面に水平なウオーム、第１４図は基板面に垂直なウオーム、第１５図は基板面に水平な平歯車、および第１６図は基板面に垂直な傘歯車である。これらの図において、磁気歯を白と黒の中間色で示している。Ｎ極もしくはＳ極のいずれかが配置されている。尚、Ｎ極とＳ極を隣接して配置することもできる。静電気歯の場合も同じく、白と黒の中間色の部分に配置できることを示している。
以上述べた歯車以外の形状が複雑な歯車、例えば回転軸が基板面に対して傾斜した各種歯車、回転軸が水平な傘歯車なども、上に述べた露光量制御法と転写エッチング法を用いることにより作成できることも記しておく。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
以上のように、本発明に係る歯車及びその製造方法は、周面に突起状の歯を有した歯車、もしくは周面に磁気歯を有した歯車、もしくは周面に静電気歯を有した歯車において、いずれかの歯を適用したウオーム歯車、平歯車、傘歯車などの歯車、さらに形状の複雑な他の歯車を、蒸着、スパッタリング、めっき技術、ＣＶＤ、酸化プロセスなどの薄膜形成技術、およびフォトリソグラフィ、エッチング、ＦｌＢなどの微細加工技術を用いることで、歯と歯車を同じプロセスで一括して形成することができる。特に、マイクロマシン用としてサブミクロン、ミクロンそしてミリメートルオーダーの超小型な歯車を製作することができる。またウオームを変形した微少な穴あけ用のドリルとしても応用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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