(57)【要約】【課題】現像による部材の位置ずれを抑制することができるＭＥＭＳ装置の製造方法を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ装置としての触覚呈示装置１の製造方法は、第１のレジスト５２の塗布、露光及び現像を繰り返し、他の部分と独立する独立部材５５を有する第１の構造体５８を形成するための第１の露光領域５３と第１の非露光領域５４を第１の犠牲層５１上に形成し、独立部材５５の周囲の第１の非露光領域５４の一部の残領域５７を残して他の領域を除去し、第２の構造体６８を第１の構造体５８に接合して接合体７を形成し、残っている一部の残領域５７、及び第１の犠牲層５１を除去して接合体７を第１の基板５０から分離することを含む。【選択図】図６
2018047521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の犠牲層が形成された第１の基板、及び第２の犠牲層が形成された第２の基板を準備し、
第１のレジストの塗布、露光及び現像を繰り返し、他の部分と独立する独立部材を有する第１の構造体を形成するための第１の露光領域と第１の非露光領域を前記第１の犠牲層上に形成し、
前記独立部材の周囲の前記第１の露光領域又は前記第１の非露光領域の一部の領域を残して他の領域を除去し、
第２のレジストの塗布、露光及び現像を繰り返して第２の構造体を形成するための第２の露光領域と第２の非露光領域を前記第２の犠牲層上に形成し、
前記第２の露光領域又は前記第２の非露光領域を除去すると共に前記第２の犠牲層を除去して前記第２の構造体を前記第２の基板から分離し、
分離した前記第２の構造体を前記第１の構造体に接合して接合体を形成し、
残っている前記一部の領域、及び前記第１の犠牲層を除去して前記接合体を前記第１の基板から分離する、
ＭＥＭＳ装置の製造方法。
【請求項２】
前記独立部材の周囲の前記一部の領域は、前記第１の犠牲層上に最初に形成された構造体の厚みよりも薄くなるように残される、
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２の構造体は、第２の枠部材と前記第２の枠部材と一体となって弾性力を生成する弾性部材とを有し、
前記第１の構造体は、前記第２の枠部材と接合される第１の枠部材を有し、
前記第１の構造体の前記独立部材は、前記弾性部材に接合される、
請求項２に記載のＭＥＭＳ装置の製造方法。
【請求項４】
前記接合体を形成し、
前記接合体の弾性力に抗して前記独立部材を駆動するアクチュエータ層を形成し、
前記接合体と前記アクチュエータ層を接合する、
請求項２又は３に記載のＭＥＭＳ装置の製造方法。
【請求項５】
第１の犠牲層が形成された第１の基板を準備し、
第１のレジストの塗布、露光及び現像を繰り返し、他の部分と独立する独立部材を有する第１の構造体を形成するための第１の露光領域と第１の非露光領域を前記第１の犠牲層上に形成し、
前記独立部材の周囲の前記第１の露光領域又は前記第１の非露光領域の一部の領域を残して他の領域を除去し、
残っている前記一部の領域、及び前記第１の犠牲層を除去して前記第１の構造体を前記第１の基板から分離する、
ＭＥＭＳ装置の製造方法。
【請求項６】
前記独立部材を駆動するアクチュエータ層を形成し、
前記第１の構造体と前記アクチュエータ層を接合する、
請求項５に記載のＭＥＭＳ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、可動部とこの可動部を支持する支持部とを有する構造体が半導体基板上に形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このＭＥＭＳ素子の製造方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、構造体の支持部となる絶縁膜の支持部領域を除きＰ（リン）イオンを注入する工程と、支持部領域に接する構造体の可動部を絶縁膜の上に形成する工程と、Ｐイオンを注入した絶縁膜を犠牲層としてエッチングして可動部をリリースする工程を含んでいる。
【０００３】
このＭＥＭＳ素子は、絶縁膜と、Ｐ（リン）イオンを注入した絶縁膜と、のエッチングレートの差を利用してエッチングするので、同じ材質の絶縁膜でありながら支持部を残して可動部をリリースすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１１８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＭＥＭＳ素子のように、ＭＥＭＳは、構造体を基板からリリース（分離）する工程を含む。このＭＥＭＳの構造体が、例えば、基板に形成された犠牲層上に塗布されたレジストによって形成される場合、露光された後、除去対象である露光された領域、又は露光されなかった領域のレジストが除去されることで構造体が形成され、続いて犠牲層を除去することで構造体が基板から分離される。例えば、ＭＥＭＳが２つの基板に形成された構造体を接合して形成される場合、一方の基板において他の部分と独立する部材があると、現像によって独立する部材の下の犠牲層が除去されて独立する部材の位置がずれ、構造体同士を精度良く接合できない可能性がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、現像による部材の位置ずれを抑制することができるＭＥＭＳ装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、第１の犠牲層が形成された第１の基板、及び第２の犠牲層が形成された第２の基板を準備し、第１のレジストの塗布、露光及び現像を繰り返し、他の部分と独立する独立部材を有する第１の構造体を形成するための第１の露光領域と第１の非露光領域を第１の犠牲層上に形成し、独立部材の周囲の第１の露光領域又は第１の非露光領域の一部の領域を残して他の領域を除去し、第２のレジストの塗布、露光及び現像を繰り返して第２の構造体を形成するための第２の露光領域と第２の非露光領域を第２の犠牲層上に形成し、第２の露光領域又は第２の非露光領域を除去すると共に第２の犠牲層を除去して第２の構造体を第２の基板から分離し、分離した第２の構造体を第１の構造体に接合して接合体を形成し、残っている一部の領域、及び第１の犠牲層を除去して接合体を第１の基板から分離する、ＭＥＭＳ装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、現像による部材の位置ずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、１つのアクチュエータ素子の一例を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置のアクチュエータ層の全体像の一例を示す概略図であり、図２（ｂ）は、１つのアクチュエータ素子のヒータ層の一例を示す概略図であり、図２（ｃ）は、このヒータ層の一例の断面図であり、図２（ｄ）は、スプリング層の一例を示す概略図である。
【図３】図３（ａ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の基準状態の一例を示す要部断面図であり、図３（ｂ）は、触覚呈示装置の垂直駆動状態の一例を示す要部断面図であり、図３（ｃ）は、触覚呈示装置の傾き駆動状態の一例を示す要部断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｅ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の第１の構造体の製造方法の一例を示す概略図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｆ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の第２の構造体の製造方法の一例を示す概略図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の第１の構造体と第２の構造体の接合の一例を示す概略図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｆ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の基板層及びアクチュエータ層の製造方法の一例を示す概略図である。
【図８】図８（ａ）は、第２の実施の形態に係る触覚呈示装置の基準状態の一例を示す要部断面図であり、図８（ｂ）は、触覚呈示装置の垂直駆動状態の一例を示す要部断面図であり、図８（ｃ）は、触覚呈示装置の傾き駆動状態の一例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の製造方法は、第１の犠牲層が形成された第１の基板、及び第２の犠牲層が形成された第２の基板を準備し、第１のレジストの塗布、露光及び現像を繰り返し、他の部分と独立する独立部材を有する第１の構造体を形成するための第１の露光領域と第１の非露光領域を第１の犠牲層上に形成し、独立部材の周囲の第１の露光領域又は第１の非露光領域の一部の領域を残して他の領域を除去し、第２のレジストの塗布、露光及び現像を繰り返して第２の構造体を形成するための第２の露光領域と第２の非露光領域を第２の犠牲層上に形成し、第２の露光領域又は第２の非露光領域を除去すると共に第２の犠牲層を除去して第２の構造体を第２の基板から分離し、分離した第２の構造体を第１の構造体に接合して接合体を形成し、残っている一部の領域、及び第１の犠牲層を除去して接合体を第１の基板から分離することを含む。
【００１１】
このＭＥＭＳ装置の製造方法は、第１の犠牲層の一部が除去されて位置がずれる可能性がある独立部材の周囲の一部の領域を残した状態で第１の構造体と第２の構造体を接合するので、この方法を採用しない場合と比べて、接合するまで独立部材の下の第１の犠牲層が除去されることがなく、現像による部材の位置ずれを抑制することができる。
【００１２】
[第１の実施の形態]
（触覚呈示装置１の概要）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、１つのアクチュエータ素子の一例を示す概略図である。図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置のアクチュエータ層の全体像の一例を示す概略図であり、図２（ｂ）は、１つのアクチュエータ素子のヒータ層の一例を示す概略図であり、図２（ｃ）は、このヒータ層の一例の断面図であり、図２（ｄ）は、スプリング層の一例を示す概略図である。図３（ａ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の基準状態の一例を示す要部断面図であり、図３（ｂ）は、触覚呈示装置の垂直駆動状態の一例を示す要部断面図であり、図３（ｃ）は、触覚呈示装置の傾き駆動状態の一例を示す要部断面図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１３】
ＭＥＭＳ装置としての触覚呈示装置１は、図１（ａ）に示すように、本体１０と、プリント基板１２と、ＭＥＭＳであるアクチュエータアレイ２と、を備えて概略構成されている。この本体１０は、一例として、合成樹脂によって形成されている。またプリント基板１２は、表面１２０にアクチュエータアレイ２が設けられ、またアクチュエータアレイ２を囲むように複数の電極１４が設けられている。この触覚呈示装置１は、一例として、指示された触覚の呈示が行われるようにアクチュエータアレイ２に電流を供給するための駆動回路が電極１４を介して電気的に接続される。
【００１４】
この触覚呈示装置１は、図１（ａ）に示すように、アクチュエータ素子３が格子状に高密度で並んで配置されてアクチュエータアレイ２を形成している。このアクチュエータアレイ２は、一例として、５×５個のアクチュエータ素子３が並んでいる。このアクチュエータ素子３は、独立して駆動される。なおアクチュエータ素子３の数や配列は、これに限定されない。
【００１５】
この触覚呈示装置１は、アクチュエータ素子３の開口３６０からピン３４５のピン上部３４７を突出させ、操作者の操作指に触覚を呈示するように構成されている。触覚呈示装置１は、開口３６０が作る面の法線方向、言い換えるなら開口３６０に対して垂直方向にピン３４５を突出させる（垂直駆動）と共に垂直方向から傾いた方向に突出させ（傾き駆動）、この組み合わせによって操作者に多様な触覚を呈示する。この多様な触覚とは、一例として、布や革の表面などのテクスチャー、操作指の誘導、操作に対するフィードバックなどである。
【００１６】
アクチュエータ素子３は、図１（ｂ）に示すように、キャップ層３６と、キャップ層３６の下に配置されたスプリング層３４と、スプリング層３４の下に配置されたアクチュエータ層３２と、アクチュエータ層３２の下に配置された基板層３０と、を備えて概略構成されている。
【００１７】
アクチュエータ素子３のピッチＰは、一例として、１ｍｍ以下である。このピッチＰは、皮膚の２点弁別閾に基づいて定められている。この２点弁別閾とは、先端の尖った２つの物で皮膚を刺激した場合、この２点の刺激の強さや性質を区別し感じうる刺激差の最小の精度を示している。なお指先の２点弁別閾は、およそ２ｍｍ程度である。
【００１８】
また図３（ｂ）に示すピン３４５の突出量Ｌは、一例として、２０μｍである。またアクチュエータ素子３は、周期的に駆動される。この駆動の周波数は、一例として、３０Ｈｚである。そして突出させる力（発生力）は、一例として、５ｍＮである。この突出量Ｌと発生力は、垂直駆動状態の際の値である。
【００１９】
突出量Ｌと駆動の周波数は、操作指のマイスナー小体の最小検出変位量と感度により定められている。また発生力は、皮膚が検出できる最小の力（およそ１ｍＮ）に基づいて定められている。
【００２０】
上述の傾き駆動では、ピン３４５は、円弧を描きながら操作指を刺激する。この傾き駆動は、水平成分を有する駆動であるので、平行にスライドする方向（せん断方向）の刺激を操作指に与える。なお平行とは、垂直方向に直行する方向を示している。なおマイスナー小体は、表面の粗さのような細かい凹凸の知覚に関与し、水平変位、つまりせん断方向の駆動に敏感に応答する。従って触覚呈示装置１は、せん断方向にピン３４５を駆動することにより、マイスナー小体に効果的に刺激を与えることができる。
【００２１】
（基板層３０の構成）
基板層３０は、一例として、銅（Ｃｕ）を加工して形成されている。この基板層３０は、格子状に並んだ複数のアクチュエータ素子３に対応して同じ構成が並んで形成されている。基板層３０は、図１（ｂ）に示すように、外枠３００に囲まれて形成された凹部３０１を有している。この外枠３００上には、アクチュエータ層３２が配置される。
【００２２】
凹部３０１は、図３（ａ）に示すように、ピン３４５の下部（ピン下部３４６）の押し付け、つまりスプリング層３４のバイアス力によるアクチュエータ層３２の湾曲の逃げとして形成されている。このバイアス力は、組み付け後のスプリング層３４の弾性力によるものであり、アクチュエータ層３２に常時付加されている。
【００２３】
（アクチュエータ層３２の構成）
アクチュエータ層３２は、図２（ａ）に示すように、格子状に並んだ複数のアクチュエータ素子３に対応して同じ構成が並んで形成されている。この格子状に並んだ同じ構成の周囲には、縦に複数のパッド４０、横に複数のパッド４１が形成されている。このパッド４０及びパッド４１は、図１（ａ）に示すプリント基板１２の上に配置された電極１４と電気的に接続されている。以下では、１つのアクチュエータ素子３のアクチュエータ層３２について説明する。
【００２４】
なおアクチュエータ層３２は、基板層３０と共に形成される。この製造方法については、後述する。
【００２５】
アクチュエータ層３２は、図２（ｃ）に示すように、形状記憶合金層としてのＳＭＡ（Shape memory alloy）層３２０、ヒータ層３２１の順に積層されている。なおアクチュエータ層３２は、さらにヒータ層３２１の上に縦配線４１０、及び縦配線４１０の上に絶縁層３２９を備えている。
【００２６】
そしてアクチュエータ層３２は、ピン３４５の下部（ピン下部３４６）が接触する接触領域３２５を介して対向する第１の加熱領域３２３ｃ及び第２の加熱領域３２３ｄが加熱されたことによる第１の加熱領域３２３ｃ及び第２の加熱領域３２３ｄの下方のＳＭＡ層３２０の形状回復によって垂直方向に開口３６０からピン３４５を突出させるように構成されている。
【００２７】
またアクチュエータ層３２は、第１の加熱領域３２３ｃ又は第２の加熱領域３２３ｄが加熱されたことによる第１の加熱領域３２３ｃ又は第２の加熱領域３２３ｄの下方のＳＭＡ層３２０の形状回復によって垂直方向から傾いて開口３６０からピン３４５を突出させるように構成されている。
【００２８】
このＳＭＡ層３２０は、一例として、ＴｉＮｉＣｕ合金などの形状記憶合金によって形成された層である。ＳＭＡ層３２０は、図２（ｃ）に示す湾曲のない形状、つまり直線的な形状が記憶されている。本実施の形態における形状回復とは、ＳＭＡ層３２０が温度の上昇によって形状回復温度に到達し、湾曲のない形状に復帰することを示している。このＳＭＡ層３２０の厚みは、一例として、１０μｍである。このＳＭＡ層３２０の形状回復温度は、一例として、６０〜６５℃程度である。
【００２９】
ヒータ層３２１は、絶縁層３２２及び絶縁層３２４によって配線層３２３を挟んで形成されている。この絶縁層３２２及び絶縁層３２４は、一例として、絶縁性を有するポリイミドなどの合成樹脂材料を用いて形成されている。
【００３０】
配線層３２３は、一例として、プラチナ（Ｐｔ）によって形成されている。この配線層３２３には、例えば、図２（ｂ）に示すように、第１のヒータ配線３２３ａと、第２のヒータ配線３２３ｂと、横配線４００と、パッド４０１と、が形成されている。
【００３１】
第１のヒータ配線３２３ａは、第１の加熱領域３２３ｃのＳＭＡ層３２０を加熱して形状回復させるものである。この第１のヒータ配線３２３ａは、図２（ｂ）に示すように、効率よく広い範囲を加熱できるように折返し形状を有している。第１のヒータ配線３２３ａは、一端がパッド４０１と電気的に接続され、他端が横配線４００と電気的に接続されている。第１の加熱領域３２３ｃは、例えば、図２（ｂ）において点線で示され、大小の矩形を組み合わせた形状を有する。
【００３２】
第２のヒータ配線３２３ｂは、第２の加熱領域３２３ｄのＳＭＡ層３２０を加熱して形状回復させるものである。この第２のヒータ配線３２３ｂは、図２（ｂ）に示すように、第１のヒータ配線３２３ａと同様に、効率よく広い範囲を加熱できるように折返し形状を有している。第２のヒータ配線３２３ｂは、一端がパッド４０１と電気的に接続され、他端が横配線４００と電気的に接続されている。第２の加熱領域３２３ｄは、例えば、図２（ｂ）において点線で示され、第１の加熱領域３２３ｃと同様に大小の矩形を組み合わせた形状を有する。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように、この第１の加熱領域３２３ｃと第２の加熱領域３２３ｄを挟むように対向して開口３２６が形成されている。開口３２６は、例えば、第１の加熱領域３２３ｃと第２の加熱領域３２３ｄの側面に沿って長く形成され、端部と中央が第１の加熱領域３２３ｃと第２の加熱領域３２３ｄ方向に突出している。
【００３４】
この開口３２６は、第１の加熱領域３２３ｃと第２の加熱領域３２３ｄにおけるＳＭＡ層３２０の形状回復を容易にするために形成されている。従って第１の加熱領域３２３ｃと第２の加熱領域３２３ｄの下方のＳＭＡ層３２０は、パッド４０１側の幅が中央側よりも狭く形成されている。
【００３５】
また第１の加熱領域３２３ｃ及び第２の加熱領域３２３ｄには、それぞれ開口３２７が形成されている。この開口３２７は、例えば、Ｔ字形状を有している。開口３２６及び開口３２７は、ヒータ層３２１及びＳＭＡ層３２０を貫通する開口である。
【００３６】
図２（ｂ）に示すように、アクチュエータ層３２には、第１の加熱領域３２３ｃ及び第２の加熱領域３２３ｄを連結するような連結部３２３ｅが設けられている。ピン３４５のピン下部３４６は、この連結部３２３ｅを中心とする接触領域３２５に接触する。
【００３７】
縦配線４１０は、図２（ｂ）に示すように、ヒータ層３２１に設けられたスルーホール４１１を介して配線層３２３のパッド４０１と電気的に接続されると共に、パッド４１と電気的に接続されている。
【００３８】
（スプリング層３４の構成）
スプリング層３４は、キャップ層３６の下に配置され、開口３６０を移動するピン３４５を有している。このスプリング層３４のばね定数は、一例として、２５０Ｎ／ｍである。
【００３９】
スプリング層３４は、一例として、ネガティブレジストであるＳＵ−８（登録商標：MicroChem社）を用いてキャップ層３６と共に形成されている。スプリング層３４及びキャップ層３６は、このネガティブレジストを用いたフォトリソグラフィ法によって露光されて架橋した部分である。この架橋した部分は、エポキシ樹脂となっている。なおスプリング層３４は、例えば、ポジティブレジストなどの他のレジストを用いても良い。
【００４０】
スプリング層３４は、図２（ｄ）に示すように、外枠３４０と、Ｓ字スプリング部３４１と、ピン３４５と、を備えて概略構成されている。Ｓ字スプリング部３４１は、薄い板形状を有している。そしてＳ字スプリング部３４１は、両端部（端部３４２及び端部３４３）が外枠３４０に支持され、ピン３４５の移動方向と逆向きの弾性力を生成する。この端部３４２及び端部３４３は、外枠３４０と一体とされている。
【００４１】
ピン３４５は、Ｓ字スプリング部３４１の中央に形成されている。このピン３４５の下部であるピン下部３４６は、アクチュエータ層３２と接触する。またピン３４５の上部であるピン上部３４７が駆動によりキャップ層３６の開口３６０から突出する。
【００４２】
外枠３４０及びピン下部３４６は、アクチュエータ層３２に接着剤を介して接合されている。この接着剤は、一例として、エポキシ樹脂系の接着剤である。
【００４３】
（キャップ層３６の構成）
キャップ層３６は、上述のようにスプリング層３４と同じ材料を用いてスプリング層３４と共に形成される。キャップ層３６は、開口３６０を有し、この開口３６０をピン３４５が移動する。以下では、キャップ層３６及びスプリング層３４の製造方法の一例について説明する。
【００４４】
（キャップ層３６及びスプリング層３４の製造方法）
図４（ａ）〜図４（ｅ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の第１の構造体の製造方法の一例を示す概略図である。図５（ａ）〜図５（ｆ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の第２の構造体の製造方法の一例を示す概略図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の第１の構造体と第２の構造体の接合の一例を示す概略図である。図４（ａ）〜図５（ｆ）は、上が平面図、下が平面図を図面中の一点鎖線で切断した断面を矢印方向から見た断面図である。
【００４５】
キャップ層３６及びスプリング層３４の製造方法は、まず図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、第１の犠牲層５１が形成された第１の基板５０、及び第２の犠牲層６１が形成された第２の基板６０を準備する。この第１の犠牲層５１及び第２の犠牲層６１は、一例として、ノボラック樹脂系レジスト（例えば、東京応化工業社製  ＯＦＰＲ８００−ＬＢ）である。そして第１の犠牲層５１及び第２の犠牲層６１の厚みは、一例として、２μｍである。続いてまず第１の構造体５８の形成の一例について説明する。
【００４６】
第１のレジスト５２の塗布、露光及び現像を繰り返し、他の部分と独立する独立部材５５を有する第１の構造体５８を形成するための第１の露光領域５３と第１の非露光領域５４を第１の犠牲層５１上に形成する。
【００４７】
具体的には、図４（ｂ）に示すように、スピンコート法によって第１の犠牲層５１上に一層目の第１のレジスト５２を塗布する。この第１のレジスト５２は、上述のネガティブレジストである。また第１のレジスト５２の厚みは、一例として、２００μｍである。次に図４（ｃ）に示すように、フォトマスクを介した露光を行って一層目の第１のレジスト５２に第１の露光領域５３と第１の非露光領域５４を形成する。次に第１の露光領域５３と第１の非露光領域５４の上に二層目の第１のレジスト５２を塗布する。次に図４（ｄ）に示すように、フォトマスクを介した露光を行って二層目の第１のレジスト５２に第１の露光領域５３と第１の非露光領域５４を形成する。この二層目の第１のレジスト５２の厚みは、一例として、２００μｍである。
【００４８】
そして独立部材５５として図４（ｄ）の中央の第１の露光領域５３が形成される。この独立部材５５の周囲の第１の露光領域５３からなる第１の枠部材５６は、４方向に隣接する他の第１の枠部材５６と一体となっている。しかし独立部材５５は、隣接する他の独立部材５５とは独立している。
【００４９】
次に独立部材５５の周囲の第１の露光領域５３又は第１の非露光領域５４の一部の領域を残して他の領域を除去する。本実施の形態の第１のレジスト５２は、ネガティブレジストであるので、図４（ｅ）に示すように、第１の非露光領域５４の一部の領域（残領域５７）を残して他の領域が除去され、第１の犠牲層５１上に第１の構造体５８が形成される。
【００５０】
この第１の構造体５８は、独立部材５５と第１の枠部材５６から構成されている。この独立部材５５は、ピン３４５のピン上部３４７となる。図４（ｅ）に示す第１の枠部材５６の下部は、キャップ層３６となる。また図４（ｅ）に示す第１の枠部材５６の上部は、スプリング層３４の外枠３４０の一部となる。
【００５１】
ここで独立部材５５の周囲の残領域５７は、図４（ｅ）に示すように、第１の犠牲層５１上に最初に形成された構造体、つまり一層目の構造体の厚みよりも薄くなるように残される。このように薄く残されることによって接合後の残領域５７の除去が容易となる。続いて第２の構造体６８の形成の一例について説明する。
【００５２】
図５（ｂ）に示すように、第２のレジスト６２の塗布、露光及び現像を繰り返して第２の構造体６８を形成するための第２の露光領域６３と第２の非露光領域６４を第２の犠牲層６１上に形成する。
【００５３】
具体的には、図５（ｂ）に示すように、スピンコート法によって第２の犠牲層６１上に一層目の第２のレジスト６２を塗布する。この第２のレジスト６２は、第１のレジスト５２と同じレジストである。また第２のレジスト６２の厚みは、一例として、５０μｍである。次に図５（ｃ）に示すように、フォトマスクを介した露光を行って一層目の第２のレジスト６２に第２の露光領域６３と第２の非露光領域６４を形成する。
【００５４】
次に第２の露光領域６３と第２の非露光領域６４の上に二層目の第２のレジスト６２を塗布する。次に図５（ｄ）に示すように、フォトマスクを介した露光を行って二層目の第２のレジスト６２に第２の露光領域６３と第２の非露光領域６４を形成する。この二層目の第２のレジスト６２の厚みは、一例として、２００μｍである。
【００５５】
次に第２の露光領域６３と第２の非露光領域６４の上に三層目の第２のレジスト６２を塗布する。次に図５（ｅ）に示すように、フォトマスクを介した露光を行って三層目の第２のレジスト６２に第２の露光領域６３と第２の非露光領域６４を形成する。この三層目の第２のレジスト６２の厚みは、一例として、２００μｍである。
【００５６】
上述の一層目により、Ｓ字スプリング部３４１となる弾性部材６５が形成される。また弾性部材６５の端部が繋がる第２の枠部材６７の一部が形成される。そして三層目が形成されることにより、この弾性部材６５上には、ピン３４５のピン下部３４６となるピン部材６６が形成される。
【００５７】
ここで第２の構造体５８は、第２の枠部材６７と、第２の枠部材６７と一体となって弾性力を生成する弾性部材６５と、を有している。また第１の構造体５８は、上述のように、第２の枠部材６７と接合される第１の枠部材５６を有している。そして第１の構造体５８の独立部材５５は、後述するように弾性部材６５に接合される。
【００５８】
次に図５（ｆ）に示すように、第２の露光領域６３又は第２の非露光領域６４を除去すると共に第２の犠牲層６１を除去して第２の構造体６８を第２の基板６０から分離する。本実施の形態の第２のレジスト６２は、ネガティブレジストであるので、第２の非露光領域６４が除去される。
【００５９】
次に図６（ａ）に示すように、分離した第２の構造体６８を第１の構造体５８に接合して接合体７を形成する。この接合は、一例として、エポキシ樹脂系の接着剤によって行われる。
【００６０】
次に図６（ｂ）に示すように、残っている残領域５７、及び第１の犠牲層５１を除去して接合体７を第１の基板５０から分離する。この分離した接合体７がスプリング層３４及びキャップ層３６となる。
【００６１】
続いて以下に基板層３０及びアクチュエータ層３２の製造方法の一例について説明する。
【００６２】
（基板層３０及びアクチュエータ層３２の製造方法）
図７（ａ）〜図７（ｆ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の基板層及びアクチュエータ層の製造方法の一例を示す概略図である。図７（ａ）〜図７（ｆ）は、上が平面図、下が図７（ｂ）に示す一点鎖線で切断した断面を矢印方向から見た断面図である。
【００６３】
図７（ａ）に示すように、フラッシュ蒸着法により、銅（Ｃｕ）からなる基板層３０の表面に、ＴｉＮｉＣｕ合金からなるＳＭＡ層３２０を形成する。そしてＳＭＡ層３２０に形状を記憶させるため、５００℃で３時間、アニールを行う。この基板層３０の厚みは、一例として、３００μｍである。ＳＭＡ層３２０の厚みは、一例として、１０μｍである。
【００６４】
次に図７（ｂ）に示すように、ＳＭＡ層３２０の表面に感光性の絶縁材料を塗布し、フォトリソグラフィ法により、開口パターン３２２ａを有する絶縁層３２２を形成する。絶縁材料の厚みは、一例として、２μｍである。この感光性の絶縁材料は、一例として、ポリイミドである。
【００６５】
次に図７（ｃ）に示すように、スパッタ法及びリフトオフ法に基づいて横配線４００、パッド４０１、第１のヒータ配線３２３ａ及び第２のヒータ配線３２３ｂを有する配線層３２３を形成する。配線層３２３の厚みは、一例として、２μｍである。
【００６６】
次に図７（ｄ）に示すように、配線層３２３を保護するため、フォトリソグラフィ法により、開口パターン３２２ａ及びスルーホール４１１を有する絶縁層３２４を形成する。
【００６７】
次にスパッタ法及びリフトオフ法に基づいて絶縁層３２４上に縦配線４１０を形成し、さらに縦配線４１０を保護するため、フォトリソグラフィ法によって絶縁層３２９を形成する。この絶縁層３２９は、一例として、ポリイミドである。縦配線４１０を形成する際、スルーホール４１１に配線材料が充填され、縦配線４１０とパッド４０１とが導通することにより、縦配線４１０と第２のヒータ配線３２３ｂとが導通する。
【００６８】
次に図７（ｅ）に示すように、開口パターン３２２ａに基づくレジストパターン３２８ａを有するレジスト３２８を形成した後、ＬｉＣｌ−エタノール電解液を用いた電解エッチング法により、開口パターン３２２ａに応じてＳＭＡ層３２０をエッチングする。
【００６９】
次に図７（ｆ）に示すように、ウエットエッチング法により、第１の加熱領域３２３ｃ及び第２の加熱領域３２３ｄの下方の基板層３０を等方エッチングによりサイドエッチング（アンダーエッチング）を行って中空化し、その後レジスト３２８を除去して基板層３０及びアクチュエータ層３２を得る。
【００７０】
なお変形例として上述の基板層３０の中空化は、基板層３０の裏面３０５に新たにレジストパターンを設け、裏面３０５側からウエットエッチング法あるいはドライエッチング法によって基板層３０を貫通させて行われても良い。この中空化が行われた後、当該レジストパターンを除去して基板層３０及びアクチュエータ層３２を得る。
【００７１】
続いて以下に触覚呈示装置１の製造方法の一例について説明する。
【００７２】
（触覚呈示装置１の製造方法）
触覚呈示装置１の製造方法は、接合体７を形成し、接合体７の弾性力に抗して独立部材５５を駆動するアクチュエータ層３２を形成し、接合体７とアクチュエータ層３２を接合する工程を含んでいる。この接合体７は、スプリング層３４及びキャップ層３６である。また独立部材５５は、ピン３４５のピン上部３４７である。
【００７３】
具体的には、上述のスプリング層３４及びキャップ層３６の製造方法によって接合体７を形成する。
【００７４】
次に上述の基板層３０及びアクチュエータ層３２の製造方法によって基板層３０が接合されたアクチュエータ層３２を形成する。
【００７５】
次にアクチュエータ層３２に接合されるアクチュエータ層３２の端部にステンシルマスクを介して常温硬化型接着剤を塗布する。このステンシルマスクは、例えば、厚みが２０μｍの銅箔であり、接着剤を塗布する位置に開口が設けられている。常温硬化型接着剤は、一例として、エポキシ樹脂系の接着剤である。
【００７６】
次にキャップ層３６が一体となったスプリング層３４をアクチュエータ層３２に接着する。この際、図６（ｂ）に示すように、スプリング層３４の外枠３４０よりもピン下部３４６が突出しているので、接着によりアクチュエータ層３２が湾曲して触覚呈示装置１のアクチュエータアレイ２が形成される。
【００７７】
次に本体１０、プリント基板１２及びアクチュエータアレイ２を組み付けて必要な配線などを行って触覚呈示装置１を得る。
【００７８】
続いて、以下に本実施の形態の触覚呈示装置１の動作の一例について説明する。
【００７９】
（動作）
・垂直駆動について
触覚呈示装置１は、第１のヒータ配線３２３ａ及び第２のヒータ配線３２３ｂに電流が供給されると、この配線の温度が上昇すると共に、第１の加熱領域３２３ｃ及び第２の加熱領域３２３ｄの下方のＳＭＡ層３２０の温度が上昇する。この電流は、周期的に供給される。この供給の周波数は、上述のように、一例として、３０Ｈｚである。
【００８０】
第１の加熱領域３２３ｃ及び第２の加熱領域３２３ｄの下方のＳＭＡ層３２０は、形状回復温度に達すると、図３（ａ）に示す基準状態における湾曲した状態から図３（ｂ）に示す垂直駆動状態における記憶された湾曲が少ない状態へと形状回復を行う。この形状回復の結果、図３（ｂ）に矢印で示すように、ピン３４５が開口３６０から垂直方向に突出するように駆動され、操作指９に刺激を与える。
【００８１】
そして触覚呈示装置１は、電流の供給が停止すると、ＳＭＡ層３２０の温度が低下してスプリング層３４の弾性力によってアクチュエータ層３２が湾曲して基準状態へと移行する。触覚呈示装置１は、電流の供給が周期的に行われることにより、図３（ａ）に示す基準状態と図３（ｂ）に示す垂直駆動状態とを繰り返し、操作指９に垂直方向の触覚を呈示する。
【００８２】
・傾き駆動について
次に傾き駆動について説明する。この傾き駆動における電流の周波数は、垂直駆動と同じように、一例として、３０Ｈｚである。
【００８３】
触覚呈示装置１は、第１のヒータ配線３２３ａに電流が供給されると、第１のヒータ配線３２３ａの温度が上昇すると共に、第１の加熱領域３２３ｃの下方のＳＭＡ層３２０の温度が上昇する。
【００８４】
第１の加熱領域３２３ｃの下方のＳＭＡ層３２０は、形状回復温度に達すると、図３（ａ）に示す基準状態における湾曲した状態から図３（ｃ）に示す傾き駆動状態における記憶された湾曲が少ない状態へと形状回復を行う。
【００８５】
図３（ｃ）に示すように、第２の加熱領域３２３ｄの下方のＳＭＡ３２０は、加熱されていないので、スプリング層３４の弾性力によって湾曲したままであり、この状態で第１の加熱領域３２３ｃの下方のＳＭＡ層３２０が形状回復を行うと、ピン３４５が垂直に駆動されず、図３（ｃ）の矢印で示すせん断方向に、傾いて駆動される。従って操作指には、せん断方向の刺激が与えられる。このせん断方向は、例えば、図３（ｃ）の紙面右方向である。
【００８６】
そして触覚呈示装置１は、電流の供給が停止すると、第１の加熱領域３２３ｃの下方のＳＭＡ層３２０の温度が低下してスプリング層３４の弾性力によってアクチュエータ層３２が湾曲して基準状態へと移行する。触覚呈示装置１は、電流の供給が周期的に行われることにより、図３（ａ）に示す基準状態と図３（ｃ）に示す傾き駆動状態とを繰り返し、操作指９にせん断方向の触覚を呈示する。
【００８７】
また触覚呈示装置１は、第２のヒータ配線３２３ｂに電流が供給されると、第２のヒータ配線３２３ｂの温度が上昇すると共に、第２の加熱領域３２３ｄの下方のＳＭＡ層３２０の温度が上昇する。
【００８８】
第２の加熱領域３２３ｄの下方のＳＭＡ層３２０は、形状回復温度に達すると、基準状態における湾曲した状態から傾き駆動状態における記憶された湾曲が少ない状態へと形状回復を行う。ピン３４５は、第２の加熱領域３２３ｄが形状復帰した場合、図３（ｃ）に示す方向とは逆の方向（左方向）に傾き駆動される。
【００８９】
そして触覚呈示装置１は、電流の供給が停止すると、第２の加熱領域３２３ｄの下方のＳＭＡ層３２０の温度が低下してスプリング層３４の弾性力によってアクチュエータ層３２が湾曲して基準状態へと移行する。触覚呈示装置１は、電流の供給が周期的に行われることにより、図３（ａ）に示す基準状態と傾き駆動状態とを繰り返し、操作指９にせん断方向の触覚を呈示する。このせん断方向は、例えば、図３（ｃ）の紙面左方向である。
【００９０】
なお触覚呈示装置１は、垂直駆動と傾き駆動とが組み合わされて行われても良い。
【００９１】
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態の触覚呈示装置１の製造方法は、第１の犠牲層５１の一部が除去されて位置がずれる可能性がある独立部材５５の周囲の一部の残領域５７を残した状態で第１の構造体５８と第２の構造体６８を接合するので、この方法を採用しない場合と比べて、接合するまで独立部材５５の下の第１の犠牲層５１が除去されることがなく、現像による部材の位置ずれを抑制することができる。
【００９２】
触覚呈示装置１の製造方法は、現像による部材の位置ずれを抑制することができるので、高い精度でアクチュエータアレイ２を組み立てることができ、精度の高い触覚を呈示することができる。
【００９３】
触覚呈示装置１の製造方法は、ピン３４５、スプリング層３４及びキャップ層３６が一体となった接合体７を形成することができるので、この構成を採用しない場合と比べて、アクチュエータ素子３を高密度に並べることができ、触覚呈示装置１を小型化することができる。
【００９４】
触覚呈示装置１は、垂直方向と垂直方向から傾いた方向のピンの駆動を組み合わせて多様な触覚を呈示することができる。触覚呈示装置１は、第１の加熱領域３２３ｃ又は第２の加熱領域３２３ｄを加熱することによって加熱された加熱領域の下方のＳＭＡ層３２０を形状回復させてピン３４５を傾き駆動することができるので、垂直駆動のみ行うものと比べて、垂直駆動と傾き駆動とを組み合わせて多様な触覚を呈示することができる。
【００９５】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、触覚呈示装置１がスプリング層を備えていない点で第１の実施の形態と異なっている。
【００９６】
図８（ａ）は、第２の実施の形態に係る触覚呈示装置の基準状態の一例を示す要部断面図であり、図８（ｂ）は、触覚呈示装置の垂直駆動状態の一例を示す要部断面図であり、図８（ｃ）は、触覚呈示装置の傾き駆動状態の一例を示す要部断面図である。なお以下に記載する実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。
【００９７】
本実施形態の触覚呈示装置１は、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、スプリング層３４を備えていない構成となっている。
【００９８】
この触覚呈示装置１の製造方法は、第１の犠牲層が形成された第１の基板を準備し、第１のレジストの塗布、露光及び現像を繰り返し、他の部分と独立する独立部材を有する第１の構造体を形成するための第１の露光領域と第１の非露光領域を第１の犠牲層上に形成し、独立部材の周囲の第１の露光領域又は第１の非露光領域の一部の領域を残して他の領域を除去し、残っている一部の領域、及び第１の犠牲層を除去して第１の構造体を第１の基板から分離することを含んでいる。
【００９９】
さらに触覚呈示装置１の製造方法は、独立部材を駆動するアクチュエータ層を形成し、第１の構造体とアクチュエータ層を接合することを含む。
【０１００】
以下に触覚呈示装置１の製造方法の一例について上述の図４（ａ）〜図４（ｅ）、及び図７（ａ）〜図７（ｆ）を参照しながら説明する。
【０１０１】
触覚呈示装置１の製造方法は、まず図４（ａ）に示すように、第１の犠牲層５１が形成された第１の基板５０を準備する。
【０１０２】
次に、図４（ｂ）に示すように、スピンコート法によって第１の犠牲層５１上に一層目の第１のレジスト５２を塗布する。次に図４（ｃ）に示すように、フォトマスクを介した露光を行って一層目の第１のレジスト５２に第１の露光領域５３と第１の非露光領域５４を形成する。次に第１の露光領域５３と第１の非露光領域５４の上に二層目の第１のレジスト５２を塗布する。次に図４（ｄ）に示すように、フォトマスクを介した露光を行って二層目の第１のレジスト５２に第１の露光領域５３と第１の非露光領域５４を形成する。
【０１０３】
そして独立部材５５として図４（ｄ）の中央の第１の露光領域５３が形成される。この独立部材５５の周囲の第１の露光領域５３からなる第１の枠部材５６は、４方向に隣接する他の第１の枠部材５６と一体となっている。しかし独立部材５５は、隣接する他の独立部材５５とは独立している。
【０１０４】
次に独立部材５５の周囲の第１の露光領域５３又は第１の非露光領域５４の一部の領域を残して他の領域を除去する。本実施の形態の第１のレジスト５２は、ネガティブレジストであるので、図４（ｅ）に示すように、第１の非露光領域５４の一部の領域（残領域５７）を残して他の領域が除去され、第１の犠牲層５１上に第１の構造体５８が形成される。
【０１０５】
次に、上述の図７（ａ）〜図７（ｆ）で示す基板層３０及びアクチュエータ層３２の製造方法によって基板層３０及びアクチュエータ層３２を作成した後、第１の構造体５８をアクチュエータ層３２に接着する。
【０１０６】
次に第１の犠牲層５１及び残領域５７を除去して第１の構造体５８を第１の基板５０から分離する。次に本体１０、プリント基板１２及びアクチュエータアレイ２を組み付けて必要な配線などを行って触覚呈示装置１を得る。
【０１０７】
続いて本実施の形態の触覚呈示装置１の動作の一例について図８（ａ）〜図８（ｃ）を参照しながら説明する。
【０１０８】
（動作）
・垂直駆動について
触覚呈示装置１は、第１のヒータ配線３２３ａ及び第２のヒータ配線３２３ｂに電流が供給されると、この配線の温度が上昇すると共に、第１の加熱領域３２３ｃ及び第２の加熱領域３２３ｄの下方のＳＭＡ層３２０の温度が上昇する。
【０１０９】
第１の加熱領域３２３ｃ及び第２の加熱領域３２３ｄの下方のＳＭＡ層３２０は、形状回復温度に達すると、図８（ａ）に示す基準状態における湾曲した状態から図８（ｂ）に示す垂直駆動状態における記憶された湾曲が少ない状態へと形状回復を行う。この形状回復の結果、図８（ｂ）に矢印で示すように、ピン３４５が開口３６０から垂直方向に突出するように駆動され、操作指９に刺激を与える。
【０１１０】
そして触覚呈示装置１は、電流の供給が停止すると、ＳＭＡ層３２０の温度が低下し、操作指９によって受動的にピン４３５が押し下げられてアクチュエータ層３２が湾曲して基準状態へと移行する。触覚呈示装置１は、電流の供給が周期的に行われることにより、図８（ａ）に示す基準状態と図８（ｂ）に示す垂直駆動状態とを繰り返し、操作指９に垂直方向の触覚を呈示する。
【０１１１】
・傾き駆動について
触覚呈示装置１は、第１のヒータ配線３２３ａに電流が供給されると、第１のヒータ配線３２３ａの温度が上昇すると共に、第１の加熱領域３２３ｃの下方のＳＭＡ層３２０の温度が上昇する。
【０１１２】
第１の加熱領域３２３ｃの下方のＳＭＡ層３２０は、形状回復温度に達すると、図８（ａ）に示す基準状態における湾曲した状態から図８（ｃ）に示す傾き駆動状態における記憶された湾曲が少ない状態へと形状回復を行う。
【０１１３】
図８（ｃ）に示すように、第２の加熱領域３２３ｄの下方のＳＭＡ３２０は、加熱されていないので湾曲したままであり、この状態で第１の加熱領域３２３ｃの下方のＳＭＡ層３２０が形状回復を行うと、ピン３４５が垂直に駆動されず、図８（ｃ）の矢印で示すせん断方向に、傾いて駆動される。従って操作指には、せん断方向の刺激が与えられる。このせん断方向は、例えば、図８（ｃ）の紙面右方向である。
【０１１４】
そして触覚呈示装置１は、電流の供給が停止すると、第１の加熱領域３２３ｃの下方のＳＭＡ層３２０の温度が低下し、操作指９によって受動的にピン４３５が押し下げられてアクチュエータ層３２が湾曲して基準状態へと移行する。触覚呈示装置１は、電流の供給が周期的に行われることにより、図８（ａ）に示す基準状態と図８（ｃ）に示す傾き駆動状態とを繰り返し、操作指９にせん断方向の触覚を呈示する。
【０１１５】
なお左方向の傾き駆動は、第１の実施の形態に示すように、第２のヒータ配線３２３ｂに電流が供給することによって行われる。
【０１１６】
（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態の触覚呈示装置１は、スプリング層３４を備えないので、製造コストを抑制することができる。
【０１１７】
以上述べた少なくとも１つの実施の形態の触覚呈示装置１によれば、現像による部材の位置ずれを抑制することが可能となる。
【０１１８】
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１９】
１…触覚呈示装置、２…アクチュエータアレイ、３…アクチュエータ素子、７…接合体、９…操作指、１０…本体、１２…プリント基板、１４…電極、３０…基板層、３２…アクチュエータ層、３４…スプリング層、３６…キャップ層、４０，４１…パッド、５０…第１の基板、５１…第１の犠牲層、５２…第１のレジスト、５３…第１の露光領域、５４…第１の非露光領域、５５…独立部材、５６…第１の枠部材、５７…残領域、５８…第１の構造体、６０…第２の基板、６１…第２の犠牲層、６２…第２のレジスト、６３…第２の露光領域、６４…第２の非露光領域、６５…弾性部材、６６…ピン部材、６７…第２の枠部材、６８…第２の構造体、１２０…表面、３００…外枠、３０１…凹部、３０５…裏面、３２０…ＳＭＡ層、３２１…ヒータ層、３２２…絶縁層、３２２ａ…開口パターン、３２３…配線層、３２３ａ…第１のヒータ配線、３２３ｂ…第２のヒータ配線、３２３ｃ…第１の加熱領域、３２３ｄ…第２の加熱領域、３２３ｅ…連結部、３２４…絶縁層、３２５…接触領域、３２６，３２７…開口、３２８…レジスト、３２８ａ…レジストパターン、３２９…絶縁層、３４０…外枠、３４１…Ｓ字スプリング部、３４２，３４３…端部、３４５…ピン、３４６…ピン下部、３４７…ピン上部、３６０…開口、４００…横配線、４０１…パッド、４１０…縦配線、４１１…スルーホール
【図１】
2018047521.tif 000003
【図２】
2018047521.tif 000004
【図３】
2018047521.tif 000005
【図４】
2018047521.tif 000006
【図５】
2018047521.tif 000007
【図６】
2018047521.tif 000008
【図７】
2018047521.tif 000009
【図８】
2018047521.tif 000010