(57)【要約】【課題】電気的操作でＸ線ビームの２次元空間における微細な強度変調が可能なＸ線空間変調装置を提供する。【解決手段】  Ｘ線空間変調装置１は、スピン注入により磁化方向が互いに逆向きの磁区の境界である磁壁が移動されるスピン注入型磁壁移動素子（以下、素子）５を２次元に配列したＸ線変調手段１０と、２次元に配列した素子５の中から、磁壁を移動させる素子５を選択する素子選択手段１１と、素子選択手段１１によって選択した素子５に磁壁移動のための電流である磁壁移動電流を注入して、当該素子５の磁壁を移動させる磁壁移動電流注入手段１２とを備える。Ｘ線空間変調装置１は、素子選択手段１１によって、個々の素子５の磁壁の位置を制御し、単色円偏光Ｘ線ビームＢ２に対する素子５の吸収率を変化させることによって、素子５を透過する単色円偏光Ｘ線ビームＢ２の２次元空間における強度分布を変調する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単色の円偏光したＸ線ビームである単色円偏光Ｘ線ビームを入射し、入射した前記単色円偏光Ｘ線ビームの２次元空間における強度分布を変調するＸ線空間変調装置であって、
スピン注入により磁化方向が互いに逆向きの磁区の境界である磁壁の位置が移動されるスピン注入型磁壁移動素子を２次元に配列したＸ線変調手段と、
前記２次元に配列したスピン注入型磁壁移動素子の中から、前記磁壁の位置を移動させる前記スピン注入型磁壁移動素子を選択する素子選択手段と、
前記素子選択手段によって選択したスピン注入型磁壁移動素子に前記磁壁の位置を移動させるための電流である磁壁移動電流を注入して、当該スピン注入型磁壁移動素子の前記磁壁の位置を移動させる磁壁移動電流注入手段と、を備え、
前記素子選択手段は、前記磁壁移動電流注入手段を介して前記スピン注入型磁壁移動素子の前記磁壁の位置を制御して前記単色円偏光Ｘ線ビームに対する前記スピン注入型磁壁移動素子の吸収率を変化させることによって、前記スピン注入型磁壁移動素子に入射し、当該スピン注入型磁壁移動素子を透過する前記単色円偏光Ｘ線ビームの強度を変調することを特徴とするＸ線空間変調装置。
【請求項２】
前記Ｘ線変調手段は、基板と、当該基板上にストライプ状に配設された複数の下部電極と、前記下部電極に直交する方向にストライプ状に配設された複数の上部電極とを備え、
平面視で前記下部電極と前記上部電極とが交差する領域において、前記スピン注入型磁壁移動素子の両端が前記下部電極と前記上部電極とに電気的に接続して配置され、
前記磁壁移動電流注入手段は、前記下部電極と前記上部電極との間に電圧を印加することによって、前記電圧を印加した下部電極と上部電極との間に配置された前記スピン注入型磁壁移動素子に前記磁壁移動電流を注入することを特徴とする請求項１に記載のＸ線空間変調装置。
【請求項３】
前記スピン注入型磁壁移動素子は、前記下部電極と前記上部電極との間に、前記下部電極側から順に、強磁性体からなる磁化方向が固定された磁化方向固定層と、前記磁壁移動電流の注入によって前記磁壁が移動する強磁性体からなる磁壁移動層とが積層した積層柱状構造を有し、
前記スピン注入型磁壁移動素子は前記基板上に立設して配置されるとともに、相隣接する前記スピン注入型磁壁移動素子同士は、絶縁層によって相互に電気的及び磁気的に絶縁されていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線空間変調装置。
【請求項４】
前記磁壁移動層を構成する元素の内殻電子束縛エネルギーに相当する波長の前記単色円偏光Ｘ線ビームの強度を変調することを特徴とする請求項３に記載のＸ線空間変調装置。
【請求項５】
前記素子選択手段は、前記磁壁を移動させるための前記スピン注入型磁壁移動素子の選択を時分割で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のＸ線空間変調装置。
【請求項６】
単色円偏光Ｘ線ビームを生成するＸ線源と、
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のＸ線空間変調装置と、を備え、
前記Ｘ線源が生成する単色円偏光Ｘ線ビームを前記Ｘ線空間変調装置によって強度変調し、強度変調した変調Ｘ線を露光用のＸ線として用いることを特徴とするＸ線露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピン注入型磁壁移動素子を用いたＸ線空間変調装置及びＸ線露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでのＸ線リソグラフィは、用いるＸ線に対する吸収の大きい材料で作製したＸ線露光マスクを用いて行われている。このＸ線リソグラフィの要素技術としては、Ｘ線ミラー、Ｘ線露光マスク、レジスト材料などがあり、解像度は、（λ・ｇ）１／２に比例する。ここでλはＸ線の波長、ｇはＸ線露光マスクとウエハとのギャップ間隔を表す。
【０００３】
解像度の向上には、Ｘ線の短波長化が有効であるが、短波長Ｘ線はレジストや基板を構成する原子との衝突による２次電子の拡散距離が長くなるため、かえって像が不鮮明になる弊害がある。このため、従来は０．７〜０．８ｎｍの波長のＸ線が用いられてきた。露光システムは、この波長のＸ線強度が最大となるようにＸ線ミラーをＳｉＣやＰｔでコーティングして形成している。また、Ｘ線露光マスクの基板もＳｉＣを用いている。
【０００４】
更に解像度を改善するために、ミラーのコーティング材料としてＲｕやＲｈを用い、マスクメンブレン材料もＳｉ原子を含まないレジスト材料としてダイアモンドに変更して、より短波長（０．７ｎｍ以下）のＸ線を用いるように開発が進められている。また、Ｘ線吸収体としてＷ−Ｔｉ（０．２〜０．７μｍ）、Ｔａなどが用いられている。更に短波長Ｘ線に感度をもつ元素をレジストに添加することなどにより、最近では、限界解像度は３５ｎｍ程度に達している。
【０００５】
等倍Ｘ線リソグラフィ技術は、焦点深度が大きく、解像度に優れているが、等倍用の高アスペクト比のＸ線露光マスクの作製が難しく、また、シンクロトロン放射光やプラズマＸ線発生装置などのＸ線源のコストが大きいことなどを問題として挙げることができる。
【０００６】
一方、ＬＩＧＡ（LIthographie, Galvanoformung und Abformung：独語）と呼ばれるＸ線リソグラフィ技術は、Ｘ線露光、電鋳、モールドなどのプロセスなどからなり、高アスペクト比及び側面のナノ精度での加工を特徴とする。Ｘ線源としてシンクロトロン放射光を用いると、レジスト内部での散乱が少なく、また指向性及び直進性に優れているので、高アスペクト比、ナノ精度での側面の平滑性が得られる。
【０００７】
前記したモールドは、レジストを加工して形成した高分子製モールドに電鋳を行い、その高分子製モールドを除去することで、金属製モールドとして形成される。この金属製モールドに、ナノインプリント、射出成形などで高分子を充填し、金属製モールドから離型することにより、高分子成形体を作製することができる。
更に、この高分子成形体をモールドとして使用することもできる。また、レジストを用いた高分子製モールドに直接、金属やセラミックスを充填して部品とすることも可能である。
【０００８】
一般に、ＬＩＧＡには、波長０．７〜０．８ｎｍのＸ線が最適であると言われているが、最近では、２次電子の影響を最小限にできるレジストの開発により、広い波長領域（エネルギー領域）を有効に活用することが提案されている。例えば、（１）５００ｅＶ〜２ｋｅＶの領域は、膜厚５μｍ以下のレジスト用の高精度微細加工、（２）２ｋｅＶ〜５ｋｅＶの領域は、膜厚５０μｍ以下のレジスト用のｎｍオーダー精度の微細加工、（３）５ｋｅＶ〜１５ｋｅＶの領域は、膜厚１ｍｍ以下のレジスト用のμｍオーダー精度の微細加工、（４）１５ｋｅＶ以上の領域は、膜厚ｃｍオーダーのレジスト用の加工、などのように、波長（エネルギー）によって加工に適する領域が提案されている。
【０００９】
Ｘ線吸収体は、厚くするほどＸ線の遮蔽効果が高くなるものの、Ｘ線露光マスクパターンのアスペクト比が大きくなってしまうという問題がある。これまではＸ線吸収体として、Ｗ、Ｔａ、ＷＴｉ、ＷＲｅ、Ｔａ４Ｂなどが提案・作製されている。
【００１０】
また、ＬＩＧＡでは、傾斜露光やＸ線露光マスクの移動などを行うことにより、前記したような通常のＸ線リソグラフィではできない３次元形状の自由度の高い加工ができるメリットがある。
例えば、特許文献１には、Ｘ線露光マスクを材料に対して移動させて、材料へ照射する強度分布（累積露光量分布）を変化させて加工の深さを制御する方法（段落００３５〜段落００５８、図５、図６、図８〜図１０参照）、Ｘ線の透過性を微小領域ごと可変とするＸ線露光マスクを用いる方法（段落００５９〜段落００６５、図１１〜図１５参照）などが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３３８０８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のＸ線リソグラフィでは、露光パターンごとにＸ線露光マスクを製作する必要があるため、多様で多数の露光パターンが必要な加工をする場合には高価になり、各露光プロセスにおけるＸ線露光マスクの位置合わせが煩雑になる。
特許文献１に記載されたＸ線露光マスクを移動させる方法においても、多様な形状を形成するためには、複数の露光パターンのＸ線露光マスクが必要となる。
また、Ｘ線露光マスク製作の解像度（精度）は、Ｘ線吸収体の堆積とエッチング技術、電子ビームリソグラフィなどによって決まるが、前記したように、Ｘ線リソグラフィ全体における現状の加工精度は３５ｎｍ程度であると言われている。また、ＬＩＧＡプロセスでは、３次元加工の際はマスクの移動が必要であるので、加工対象となる基板に、同時に異なる形状の様々な形状物を形成する場合は、各形状に対応する個々のＸ線露光マスクの移動が必要になり、全体の加工プロセスにおける工程数が増加し、Ｘ線露光マスクの位置合わせ精度によっては加工精度が低下する可能性がある。
【００１３】
また、特許文献１に記載された透過性を微小領域ごとに可変とする方法を用いるとＸ線露光マスクの移動を行う必要はないが、金属の析出と溶解を利用してＸ線の透過量を制御する方法（段落００５９〜段落００６３、図１１、図１２参照）では、透過量の制御に時間を要するため応答が遅く、加工精度にも限界がある。また、マイクロシャッタをアレイ状に配列して微小領域ごとにＸ線露光をＯＮ／ＯＦＦする方法（段落００６４〜段落００６５、図１３〜図１５参照）では、機械的に駆動するマイクロシャッタは構造が複雑であり、そのマイクロシャッタの作製において、微小化には限度がある。そのため、このようなＸ線露光マスクを用いた加工精度には限界がある。
【００１４】
本発明の課題は、電気的操作でＸ線ビームの２次元空間における微細な強度変調が可能なＸ線空間変調装置を提供し、更に、このＸ線空間変調装置を用いたＸ線露光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
そこで、前記した課題を解決するために、請求項１に記載のＸ線空間変調装置は、単色の円偏光したＸ線ビームである単色円偏光Ｘ線ビームを入射し、入射した単色円偏光Ｘ線ビームの２次元空間における強度分布を変調するＸ線空間変調装置であって、Ｘ線変調手段と、素子選択手段と、磁壁移動電流注入手段とを備え、前記素子選択手段は、前記磁壁移動電流注入手段を介して前記スピン注入型磁壁移動素子の前記磁壁の位置を制御して前記単色円偏光Ｘ線ビームに対する前記スピン注入型磁壁移動素子の吸収率を変化させることによって、前記スピン注入型磁壁移動素子に入射し、当該スピン注入型磁壁移動素子を透過する前記単色円偏光Ｘ線ビームの強度を変調する構成とした。
【００１６】
かかる構成によれば、Ｘ線空間変調装置は、スピン注入により磁化方向が互いに逆向きの磁区の境界である磁壁の位置が移動されるスピン注入型磁壁移動素子を２次元に配列したＸ線変調手段を備えており、素子選択手段によって、２次元に配列したスピン注入型磁壁移動素子の中から、磁壁を移動させるスピン注入型磁壁移動素子を選択する。Ｘ線空間変調装置は、磁壁移動電流注入手段によって、素子選択手段で選択したスピン注入型磁壁移動素子に磁壁の位置を移動させるための電流である磁壁移動電流を注入することで、当該スピン注入型磁壁移動素子にスピンが注入されて、その磁壁の位置が移動される。
ここで、スピン注入型磁壁移動素子は、その磁壁の位置に応じて単色円偏光Ｘ線ビームに対する吸収率が変化するため、スピン注入型磁壁移動素子を透過する単色円偏光Ｘ線ビームの強度は、スピン注入型磁壁移動素子の磁壁の位置に応じて変調される。
このため、Ｘ線空間変調装置は、素子選択手段によって、磁壁移動電流注入手段を介して個々のスピン注入型磁壁移動素子の磁壁の位置を制御することにより、スピン注入型磁壁移動素子を２次元に配列したＸ線変調手段を透過する単色円偏光Ｘ線ビームの２次元空間における強度分布を変調する。
【００１７】
請求項２に記載のＸ線空間変調装置は、請求項１に記載のＸ線空間変調装置において、Ｘ線変調手段は、基板と、当該基板上にストライプ状に配設された複数の下部電極と、下部電極に直交する方向にストライプ状に配設された複数の上部電極とを備える構成とした。
【００１８】
かかる構成によれば、Ｘ線変調手段の、平面視で下部電極と上部電極とが交差する領域において、スピン注入型磁壁移動素子の両端が下部電極と上部電極とに電気的に接続して配置される。Ｘ線空間変調装置は、磁壁移動電流注入手段によって、下部電極と上部電極との間に電圧を印加することによって、電圧を印加した下部電極と上部電極との間に配置されたスピン注入型磁壁移動素子に磁壁移動電流を注入する。
【００１９】
請求項３に記載のＸ線空間変調装置は、請求項２に記載のＸ線空間変調装置において、スピン注入型磁壁移動素子は、下部電極と上部電極との間に、下部電極側から順に、強磁性体からなる磁化方向が固定された磁化方向固定層と、磁壁移動電流の注入によって磁壁が移動する強磁性体からなる磁壁移動層とが積層した積層柱状構造を有し、スピン注入型磁壁移動素子は基板上に絶縁層を介して立設して配置される構成とした。
【００２０】
かかる構成によれば、スピン注入型磁壁移動素子は基板上に立設して配置されるとともに、相隣接するスピン注入型磁壁移動素子同士は、絶縁層によって相互に電気的及び磁気的に絶縁される。このため、各スピン注入型磁壁移動素子は、磁壁移動電流注入手段によって、下部電極と上部電極との間に電圧が印加されて磁壁移動電流が注入されることにより、隣接するスピン注入型磁壁移動素子から独立して磁壁移動層の磁壁の位置が移動され、当該磁壁移動層の単色円偏光Ｘ線ビームに対する吸収率が変化する。
【００２１】
請求項４に記載のＸ線空間変調装置は、請求項３に記載のＸ線空間変調装置において、磁壁移動層を構成する元素の内殻電子束縛エネルギーに相当する波長の単色円偏光Ｘ線ビームの強度を変調することとした。
【００２２】
かかる構成によれば、Ｘ線空間変調装置は、磁壁移動層を構成する元素の内殻電子束縛エネルギーに相当する波長の単色円偏光Ｘ線ビームを、磁壁移動層を透過させることによって、その強度を変調する。
なお、内殻電子束縛エネルギーに相当する波長とは、Ｘ線源が生成する単色円偏光Ｘ線ビームを用いて、磁化方向可変層を構成する当該元素の内殻吸収を測定するとき、磁化を反転して吸収率差（ＭＣＤ）が現れるＸ線源の設定条件で生成されるエネルギーの円偏光Ｘ線全体を示す。そして、ＭＣＤが最大となるＸ線源の設定条件で、最大の変調度が得られる。
【００２３】
請求項５に記載のＸ線空間変調装置は、請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のＸ線空間変調装置において、素子選択手段は、磁壁の位置を移動させるためのスピン注入型磁壁移動素子の選択を時分割で行うこととした。
【００２４】
かかる構成によれば、Ｘ線空間変調装置は、素子選択手段によって、磁壁の位置を移動させるためのスピン注入型磁壁移動素子の選択を時分割で行うことにより、スピン注入型磁壁移動素子を透過する単色円偏光Ｘ線ビームの累積光量を、よりきめ細かく制御する。
【００２５】
請求項６に記載のＸ線露光装置は、Ｘ線源と、請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のＸ線空間変調装置とを備える構成とした。
【００２６】
かかる構成によれば、Ｘ線露光装置は、Ｘ線源によって、単色円偏光Ｘ線ビームを生成し、Ｘ線空間変調装置に入射する。Ｘ線露光装置は、Ｘ線空間変調装置によって、Ｘ線源から入射した単色円偏光Ｘ線ビームを透過させることで、その透過Ｘ線の２次元空間における強度分布を変調する。そして、Ｘ線露光装置は、Ｘ線空間変調装置で変調したＸ線を露光用のＸ線として用いる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に記載の発明によれば、Ｘ線空間変調装置は、各スピン注入型磁壁移動素子の磁壁の位置を制御することによって、スピン注入型磁壁移動素子を透過するＸ線ビームの強度を変調するため、速い応答速度でスピン注入型磁壁移動素子を解像度の単位とした２次元空間における強度分布を変調することができる。また、スピン注入型磁壁移動素子は可動部分がなく、高密度に形成することができるため、２次元空間において微細にＸ線ビームの強度分布を変調することができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、Ｘ線空間変調装置は、互いに直交するストライプ状の電極によって磁壁を移動させるスピン注入型磁壁移動素子に選択的に電圧を印加して磁壁の位置を移動させるため、電気的な操作で簡便に２次元空間におけるＸ線ビームの強度分布を変調することができる。
請求項３に記載の発明によれば、Ｘ線空間変調装置は、スピン注入型磁壁移動素子を磁壁移動層を含む積層柱状構造を、Ｘ線変調手段の基板上に絶縁層を介して立設して配置したため、変調されたＸ線ビームの２次元空間における強度分布の解像度の単位となるスピン注入型磁壁移動素子を高密度に配置することができる。このため、Ｘ線空間変調装置は、２次元空間において微細にＸ線ビームの強度分布を制御することができる。
【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、Ｘ線空間変調装置は、吸収率が変化する磁壁移動層を構成する元素の内殻電子束縛エネルギーに相当する波長の単色円偏光Ｘ線ビームの強度を変調するため、磁壁移動層の磁壁の位置の移動による吸収率の差を大きくすることができ、高い変調度を得ることができる。
請求項５に記載の発明によれば、Ｘ線空間変調装置は、スピン注入型磁壁移動素子の磁壁の位置を時分割で制御するため、磁壁の位置の制御によるＸ線ビームの強度変調に加えて、よりきめ細かく連続的にＸ線ビームの強度変調を行うことができる。
請求項６に記載の発明によれば、Ｘ線露光装置は、電気的な操作によって、速い応答速度で、２次元空間において微細に露光を制御することができる。これによって、本発明のＸ線露光装置をリソグラフィに用いた場合には、Ｘ線露光マスクを移動することなく自由度の高い微細な３次元加工を簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る実施形態のＸ線空間変調装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る実施形態のＸ線空間変調装置におけるＸ線変調手段の構成を示す模式的断面図である。
【図３】本発明に係る実施形態のＸ線空間変調装置におけるスピン注入型磁壁移動素子の構成を示す模式的断面図である。
【図４】本発明に係る実施形態のＸ線空間変調装置におけるＸ線変調手段の模式的平面図である。
【図５】本発明に係るＸ線空間変調装置における磁性材料のＸ線透過率を示すグラフである。
【図６】本発明に係るＸ線空間変調装置の製造工程を示す模式的断面図である。
【図７】本発明に係るＸ線空間変調装置の図６の次の製造工程を示す模式的断面図である。
【図８】本発明に係るＸ線空間変調装置の図７の次の製造工程を示す模式的断面図である。
【図９】本発明に係るＸ線空間変調装置の図８の次の製造工程を示す模式的断面図である。
【図１０】本発明に係るＸ線空間変調装置の図９の次の製造工程を示す模式的断面図である。
【図１１】本発明に係るＸ線空間変調装置の図１０の次の製造工程を示す模式的断面図である。
【図１２】本発明に係るＸ線空間変調装置の図６に示す製造工程の模式的平面図である。
【図１３】本発明に係るＸ線空間変調装置の図１１に示す製造工程の模式的平面図である。
【図１４】本発明に係る実施形態のＸ線空間変調装置を用いたＸ線露光装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照して説明する。
＜構成＞
まず、図１乃至図５を参照して，本発明に係る実施形態におけるＸ線空間変調装置１の構成について説明する。
【００３２】
図１に示すように、Ｘ線空間変調装置１は、Ｘ線変調手段１０と、素子選択手段１１と、磁壁移動電流注入手段１２とからなる。Ｘ線空間変調装置１は、Ｘ線源２０から入射した単色円偏光Ｘ線ビームＢ２を、Ｘ線変調手段１０を透過させることによりＸ線強度の２次元空間における分布を変調し、変調したＸ線ビームである変調Ｘ線ビームＢ３を出射する装置である。
また、Ｘ線変調手段１０は、基板２と、下部電極４と、スピン注入型磁壁移動素子５と、上部電極６とからなる。
【００３３】
本発明においては、スピン注入型磁壁移動素子５を用いて入射するＸ線の強度を変調する。スピン注入型磁壁移動素子５と類似した構成である磁気光学式の光学素子による空間変調を利用した装置としては、例えば、特開２００８−６０９０６号公報に記載された撮像装置や特開２００８−８３６８６号公報に記載された光変調器がある。これらの装置は、ファラデー回転効果又はカー回転効果の原理を利用したものである。すなわち、スピン注入型磁化反転素子の磁化方向に応じて変化する直線偏光に対する旋光性の差を利用し、スピン注入型磁化反転素子を透過又は反射する直線偏光した可視光の偏光軸の回転角を変調するものである。そして、更に偏光軸が所定の回転角の際に透過する偏光素子を用いて、可視光の強度を変調する。
【００３４】
これに対して、本発明におけるＸ線空間変調装置１は、磁気円二色性の原理を利用したものである。すなわち、スピン注入型磁壁移動素子５の磁化方向に応じて変化する円偏光Ｘ線に対する吸収率の差を利用し、スピン注入型磁壁移動素子５を透過する円偏光Ｘ線の強度を変調するものである。
Ｘ線空間変調装置１の各部の詳細な構成については後記する。
【００３５】
Ｘ線源２０は、シンクロトロン放射光源２１と、モノクロメータ２２と、波長選択手段２３と、移相器２４と、極性選択手段２５とからなる。
Ｘ線源２０は、シンクロトロン放射光源２１によって放射される白色直線偏光Ｘ線ビームＢ０から単色円偏光Ｘ線ビームＢ２を生成し、生成した単色円偏光Ｘ線ビームＢ２をＸ線空間変調装置１に入射させるＸ線の光源である。
【００３６】
シンクロトロン放射光源２１は、シンクロトロン放射によって白色直線偏光Ｘ線ビームＢ０を生成するＸ線の光源である。シンクロトロン放射光源２１は、生成した白色直線偏光Ｘ線ビームＢ０を、モノクロメータ２２に入射させる。
【００３７】
モノクロメータ２２は、シンクロトロン放射光源２１から白色直線偏光Ｘ線ビームＢ０を入射し、波長選択手段２３によって選択した波長（エネルギー）の単色Ｘ線を分光して単色直線偏光Ｘ線ビームＢ１を生成する単色Ｘ線生成手段である。
モノクロメータ２２としては、例えば回折型の分光手段である二結晶モノクロメータを用いることができる。モノクロメータ２２は、波長選択手段２３によって、モノクロメータ２２への入射光である白色直線偏光Ｘ線ビームＢ０の入射角と、出射光である単色直線偏光Ｘ線ビームＢ１の出射角とを調節し、選択された波長の単色直線偏光Ｘ線ビームＢ１を移相器２４に入射させる。
【００３８】
波長選択手段２３は、モノクロメータ２２への白色直線偏光Ｘ線ビームＢ０の入射角と出射角とを調節し、選択した所望の波長のＸ線が移相器２４に入射するようにするモノクロメータ２２の角度制御手段である。
このとき選択するＸ線の波長は、後記する磁壁移動層５２を構成する元素の内殻電子束縛エネルギー相当する波長を選択することが好ましい。これによって、磁壁移動層５２の磁壁５２ｂの移動によるＸ線の吸収率の変化を大きくとることができるため、Ｘ線空間変調装置１は、より大きな変調度を得ることができる。
なお、実際には、モノクロメータ２２及び移相器２４において、それぞれの結晶の品質、角度制御の精度、光軸精度などにより、完全な単色円偏光Ｘ線ビームを得るのは困難である。すなわち、単色Ｘ線には、所定のエネルギーを有するＸ線を中心に、それに近いエネルギーを持つ様々な波長のＸ線を含む（ΔＥ／Ｅ＝〜１０−４、Ｅ：Ｘ線エネルギー）。従って、内殻電子束縛エネルギーに相当する波長とは、Ｘ線源２０が生成する単色円偏光Ｘ線ビームＢ２を用いて、スピンフリー強磁性層５３の当該元素の内殻吸収を測定するとき、磁化を反転して吸収率差（ＭＣＤ）が現れるモノクロメータ２２、波長選択手段２３、移相器２４及び極性選択手段２５の設定条件で生成されるエネルギーの円偏光Ｘ線全体を示す。そして、ＭＣＤが最大となるモノクロメータ２２、波長選択手段２３、移相器２４及び極性選択手段２５の設定で、最大の変調度が得られる。
【００３９】
移相器２４は、モノクロメータ２２から単色直線偏光Ｘ線ビームＢ１を入射し、極性選択手段２５によって選択した正負何れかの極性の円偏光を生成する円偏光生成手段である。
移相器２４は、極性選択手段２５によって単色直線偏光Ｘ線ビームＢ１の入射角が調節され、入射角に応じて単色直線偏光Ｘ線ビームＢ１の位相を変化させる。このとき単色直線偏光Ｘ線ビームＢ１の位相を９０°遅らせるか、９０°早めるかによって生成する円偏光の極性の正負（左回り又は右回り）が決定される。
移相器２４としては、例えば、回折型Ｘ線移相器を用いることができ、回折角度の調節によって円偏光の選択をすることができる。
移相器２４は、生成した単色円偏光Ｘ線ビームＢ２を、Ｘ線空間変調装置１のＸ線変調手段１０に入射させる。
【００４０】
極性選択手段２５は、移相器２４を機械的に回転させ、移相器２４への単色直線偏光Ｘ線ビームＢ１の入射角を調節することにより、移相器２４によって生成される円偏光の極性を選択する移相器２４の角度制御手段である。なお、この極性選択手段２５は、公知の手段が用いられる。
【００４１】
図２に示すように、Ｘ線空間変調装置１のＸ線変調手段１０は、基板２の上に、複数のスピン注入型磁壁移動素子（以下、「素子」と略記する）５が、各素子５の間に介設された絶縁層３によって電気的及び磁気的に絶縁された状態で、アレイ状に配設された構成を有する。
【００４２】
各素子５の下部には下部電極４が配置され、上部には上部電極６が配設されている。そして、下部電極４と、上部電極６とは、図４に示すように、平面視で、それぞれがＹ軸及びＸ軸に沿って、相互に直交するように配置されている。
【００４３】
このＸ線変調手段１０において、素子５は、図３に示すように、下部電極４と上部電極６とが平面視で重なり合う各電極の四角形の領域をそれぞれ底面及び上面とする四角柱形状をしている。そして、素子５は、平面視で下部電極４と上部電極６とが重なる各交差点において２次元アレイ状に配置されている。
【００４４】
基板２は、絶縁材料からなり、基板２の上面に複数の下部電極４を設ける。また、基板２は、用いるＸ線に対して吸収率の小さい材料が好ましく、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイアモンド（Ｃ）などを用いることができる。
【００４５】
素子５は、下部電極４の側から、上部電極６に向けて、スピン固定強磁性層５１、磁壁移動層５２の順に積層された柱状乃至細線状の積層構造を有する。
また、各素子５の間は、絶縁層３によって電気的及び磁気的に絶縁されている。これによって、各素子５の磁壁５２ｂの位置を独立して移動させることができる。
【００４６】
スピン固定強磁性層（磁化方向固定層）５１は、強磁性材料からなり、磁化方向が固定されている層である。図２に示したスピン固定強磁性層５１の磁化方向は、Ｘ線変調手段１０の上面に対して、例えば、垂直方向（素子５の長さ方向）に上向きとする。なお、スピン固定強磁性層５１の磁化方向は下向きに固定されていてもよい。この方向は、用いるＸ線の円偏光の極性や材料などから変調度が大きくなるように決定する。
【００４７】
強磁性材料としては、金属系ハーフメタルなどスピン偏極率の高い材料を用いることが好ましい。例えば、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２Ｃｒ０．６Ｆｅ０．４Ａｌ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＴｂＦｅＣｏ、ＭｎＳｂなどの大きなスピン偏極率を有する材料が挙げられる。また、酸化物系ハーフメタルとしては、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３、Ｓｒ２Ｆｅ（Ｗ０．４Ｍｏ０．６）Ｏ６、Ｓｒ２ＦｅＲｅＯ６、ＣｒＯ２、Ｆｅ３Ｏ４などが挙げられる。これらの中でも、強磁性材料として、スピン偏極率が高いことが好ましい。さらに、スピン固定強磁性層５１は、これらの材料を用いた組成の異なる層やＩｒＭｎなどのスピン固着層と組み合わせた２〜３層構造であってもよい。このスピン固定強磁性層５１の膜厚は、数〜数十ｎｍ程度である。このスピン固定強磁性層５１は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法やスパッタリング法などによって、下部電極４の上に形成される。
【００４８】
磁壁移動層５２は、柱状乃至細線状の強磁性体（以下、強磁性細線）からなり、強磁性細線である磁壁移動層５２の中に一つの磁壁５２ｂを挟み、互いに磁化方向が逆向きの２つの磁区５２ａ及び磁区５２ｃで構成されている。磁壁移動層５２としては、ＧｄＦｅ、ＦｅＰｔ、ＰｔＣｏ、ＦｅＮｉなどを用いることができる。また、磁壁移動層５２の膜厚は、数十ｎｍ〜数μｍ程度とすることができる。
図２に示す例では、磁区５２ａの磁化方向は、スピン固定強磁性層５１の磁化方向と同じで、Ｘ線変調手段１０の上面に垂直方向（素子５の長さ方向）に上向きである。また、磁区５２ｃの磁化方向は、磁区５２ａと逆向きであるＸ線変調手段１０の上面に垂直方向に下向きである。
【００４９】
ここで、強磁性細線である磁壁移動層５２における磁化方向について、図３を参照して説明する。
一般に、強磁性体は、その内部が複数の磁区に分割されることで、全体の磁気エネルギーが最低になる安定した状態となる。そして、幅方向および厚さ方向に短い強磁性細線の場合は、長さ方向のみに複数の磁区に分割され、磁区と磁区との境界領域である磁壁は、強磁性細線を長さ方向に区切るように存在する。また、強磁性細線は、その形成時に幅方向、厚さ方向に磁区が分割されている場合には、外部から所定の向きの磁界を印加されて磁化容易軸の向きを一つに揃えられることによって、磁区が長さ方向のみに分割された状態にすることもできる。これは、磁化容易軸の向きが一つに揃えられて、強磁性細線の各磁区の磁化方向が所望の一方向及びその逆方向の２方向のみとなるので、磁区の並びが一列になり易く、距離の比較的長い強磁性細線の長さ方向に磁区が列をなした状態、すなわち長さ方向のみに分割された状態になるからである。
【００５０】
本実施形態における磁壁移動層５２は、その形状によって、又は前記したように適当な強さの外部磁界を印加されることによって、磁区が長さ方向に２つに分割され、その磁区５２ａ及び磁区５２ｃの磁化方向は、前記したように長さ方向に沿った方向を示している。
【００５１】
磁壁移動層５２を透過する単色円偏光Ｘ線ビームＢ２は、磁区５２ｃ及び磁区５２ａによって一部が吸収されるが、その単位長さ当たりの吸収率は、磁化方向に依存する。すなわち、互いに磁化方向の異なる磁区５２ａと磁区５２ｃとでは、単位長さ当たりの吸収率が異なる。このため、磁壁移動層５２における単色円偏光Ｘ線ビームＢ２の吸収率は、磁壁５２ｂの位置、すなわち磁区５２ａの長さと磁区５２ｃの長さとの割合に応じて連続的に変化する。
【００５２】
例えば、磁化方向が磁壁移動層５２の長さ方向に上向きの方が、単色円偏光Ｘ線ビームＢ２に対する吸収率が小さいとする。この場合、磁壁移動層５２は、磁壁５２ｂが磁壁移動層５２の上端にあり、磁壁移動層５２のすべてが磁区５２ａとなるときに、最小の吸収率を示す。また、磁壁移動層５２は、磁壁５２ｂが磁壁移動層５２の下端にあり、磁壁移動層５２のすべてが磁区５２ｃとなるときに、最大の吸収率を示す。そして、磁壁５２ｂが、これらの中間の位置にあるときは、磁壁移動層５２の吸収率は、前記した最大と最小の中間の吸収率を示すこととなる。
【００５３】
なお、図３に矢印で示すように、磁壁５２ｂ内における磁化方向は、磁区５２ａの磁化方向（上向き）から磁区５２ｃの磁化方向（下向き）へと徐々に変化（回転）している。
また、磁壁５２ｂの領域の長さは磁壁移動層５２の全長に比べて十分に短く、磁壁５２ｂの移動に伴う磁壁移動層５２全体としての単色円偏光Ｘ線ビームＢ２の吸収率の変化にはほとんど影響しない。
【００５４】
磁壁移動層５２は、偏極スピン電子の注入（スピン注入）により磁壁５２ｂを移動させることができる。磁壁５２ｂの移動方向は、注入するスピンの向きに依存する。
このスピン注入は、磁壁移動電流注入手段１２によって、素子５の両端に接続される下部電極４及び上部電極６の間に電圧が印加され、磁壁移動層５２に電流（磁壁移動電流）を注入することにより行うことができる。このとき、印加する電圧の向き（注入する電流の向き）によって、磁壁５２ｂの位置が移動する向き（上向きか下向きか）を制御することができる。
【００５５】
磁壁移動層５２に供給される電流は、パルス電流とすることが好ましい。パルス電流を供給するのは、磁壁の移動を制御し易いためと、連続電流を供給されると強磁性細線である磁壁移動層５２が発熱するためである。パルス電流の供給により、磁壁５２ｂの位置は、供給されたパルスの数だけ段階的に移動し、１段階（ステップ）の移動距離はパルス幅などに依存する。従って、供給するパルス数によって、磁壁５２ｂの位置を制御し、磁壁移動層５２全体としての所望の吸収率に対応するように変化させることができる。
【００５６】
また、２つの磁区５２ａ及び磁区５２ｃの磁化方向は、磁壁移動層５２の長さ方向に平行（又は反平行）であることが好ましい。更にまた、単色円偏光Ｘ線ビームＢ２は、磁壁移動層５２の磁区５２ａ及び磁区５２ｃの磁化方向に合わせて、Ｘ線変調手段１０の上面に対して垂直に入射することが好ましい。
これによって、磁壁移動に伴う磁壁移動層５２に吸収率の変化を大きくすることができる。すなわち素子５を透過するＸ線の変調度を大きくすることができる。
【００５７】
磁壁移動層５２は、スピン固定強磁性層５１の上に、ＭＢＥ法やスパッタリング法によって形成することができる。
また、レジスト膜を設け、ＬＩＧＡプロセスによるＸ線リソグラフィ法を用いてレジスト膜に素子５の形成領域を形成し、この素子形成領域に磁壁移動層５２などの材料を堆積することにより、アスペクト比（高さ／径）の大きい素子５を高密度に形成することができる。この製造方法の詳細については後記する。
なお、磁壁移動層５２を構成する強磁性細線の太さは、磁壁移動層５２に磁壁５２ｂが一つ存在できる程度に、また２次元の空間変調装置としての解像度を考慮して定めることができる。
【００５８】
また、用いるＸ線のエネルギー、磁壁移動層５２で励起する元素及びその元素による吸収率などに基づいて材料を決定することができる。
ここで、磁壁移動層５２に用いる材料の、磁化方向とＸ線吸収率の差の具体例について説明する。
磁壁移動層５２のＸ線吸収率は、入射するＸ線のエネルギー及び円偏光の極性が決まれば、単色円偏光Ｘ線ビームＢ２の素子５に対する入射方向と磁壁移動層５２の磁化方向との間の相対角度、及び磁壁移動層５２の厚さと構成元素などによって定められる。単色円偏光Ｘ線ビームＢ２のエネルギーを磁壁移動層５２を構成する強磁性材料の元素の磁気円二色性を示す内殻励起エネルギーに相当するように選び、その磁壁移動層５２の磁区５２ａ及び磁区５２ｃの磁化方向が、単色円偏光Ｘ線ビームＢ２の入射方向と平行（又は反平行）になるようにすると、磁区５２ａ及び磁区５２ｃにおける当該単色円偏光Ｘ線ビームＢ２に対する吸収係数の比が最も大きくなり、最も大きい強度変調振幅を得ることができる。
【００５９】
また、前記したように、ＬＩＧＡプロセスでは、加工するレジスト膜の厚さによって適するＸ線のエネルギーが異なり、（１）５００ｅＶ〜２ｋｅＶの領域は、膜厚５μｍ以下のレジスト用の高精度微細加工、（２）２ｋｅＶ〜５ｋｅＶの領域は、膜厚５０μｍ以下のレジスト用のｎｍオーダー精度の微細加工、（３）５ｋｅＶ〜１５ｋｅＶの領域は、膜厚１ｍｍ以下のレジスト用のμｍオーダー精度の微細加工、（４）１５ｋｅＶ以上の領域は、膜厚ｃｍオーダーのレジスト用の加工が適しているとされている。
【００６０】
そこで、磁壁移動層５２に適した材料として、ＦｅＮｉ、ＰｔＣｏなどの強磁性体が考えられる。前者の材料の磁気円二色性を示す内殻励起エネルギー（Ｌ２準位）は、Ｆｅ：０．７２１ｋｅＶ、Ｎｉ：０．８７１ｋｅＶであるので、変調するＸ線のエネルギーとして０．８７１ｋｅＶを選択することにより、ＦｅとＮｉの両元素の磁化反転に対する最大の吸収率差を利用することができる。すなわち、前記した（１）の領域の軟Ｘ線用空間変調装置に適した典型的材料ということができる。
【００６１】
一方、後者の材料の磁気円二色性を示す内殻励起エネルギー（Ｌ２準位）は、Ｐｔ：１３．３ｋｅＶ、Ｃｏ：０．７９３ｋｅＶであるので、変調するＸ線のエネルギーとして１３．３ｋｅＶを選択することにより、主としてＰｔの磁化反転に対応する吸収率差を利用することができる。すなわち、前記した（３）の領域の硬Ｘ線用空間変調装置に適した典型的材料ということができる。このエネルギーのＸ線のＣｏによる吸収の寄与は小さいので、この場合はＰｔの吸収率差のみで考えることができる。
【００６２】
図５は、磁壁移動層５２の材料の厚さと円偏光Ｘ線の透過率との関係を、前記したＦｅＮｉ及びＰｔＣｏの例として、Ｆｅ０．２２Ｎｉ０．７８及びＰｔ０．５Ｃｏ０．５の組成の場合について示したものである。磁壁移動層５２の磁化方向が、Ｘ線の入射方向に対して平行の場合（吸収率が小さい場合）と反平行の場合（吸収率が大きい場合）の両者に対する計算結果である。ここでは両者の吸収率の比を１．２と仮定した。
【００６３】
図５より、Ｆｅ０．２２Ｎｉ０．７８を用いて０．８７１ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線を強度変調する場合、厚さ２００ｎｍで２倍程度、厚さ７００ｎｍで１０倍程度の強度変調ができることがわかる。但し、透過後のＸ線の絶対強度は入射するＸ線の強度に対して、それぞれ１／５０及び１／１００００００程度に低下する。
一方、Ｐｔ０．５Ｃｏ０．５を用いて１３．３ｋｅＶのエネルギーのＸ線を強度変調する場合、５μｍの厚さで２倍程度の変調振幅を得ることができる。
磁壁移動層５２の厚さは、絶対強度と強度変調振幅の両者から設定する必要がある。
【００６４】
図２に戻って、各素子５を互いに電気的及び磁気的に分離する層である。絶縁層３は、空隙とすることができ、後記する製造方法によって形成することができる。
他の製造方法としては、まず各素子５を構成するスピン固定強磁性層５１及び磁壁移動層５２を積層し、各素子５の間をリソグラフィ法などによりメサエッチングして絶縁層３を形成することができる。また、前記したメサエッチングに替えて、素子５の間に窒素などのイオンを局所的に注入することにより、部分的に絶縁化して絶縁層３を形成することもできる。
【００６５】
基板２とスピン固定強磁性層５１との間に設けられる下部電極４は、磁壁移動層５２の上に設けられる上部電極６とともに、磁壁移動層５２に偏極スピン電子を注入するためのスピン注入用電極を構成する。この下部電極４と上部電極６の間に、下部電極４を負に、上部電極６を正に電圧を印加することによって、磁壁移動層５２に磁壁移動のための電流（磁壁移動電流）が注入される。これによって、磁壁移動層５２にスピン注入され、磁壁移動層５２の磁壁５２ｂが移動される。スピン注入による磁壁移動後、正負逆方向に電圧を印加すれば、磁壁移動層５２の磁壁５２ｂは逆方向に移動される。
【００６６】
また、下部電極４及び上部電極６は、詳細には図４に示すように、それぞれ２次元アレイ状に配列された素子５のＸ軸方向（図４において水平方向）及びＹ軸方向（図４において垂直方向）に対応したＸ−Ｙ電極アレイを構成する。下部電極４を構成するＸ電極列Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎ及び上部電極６を構成するＹ電極列Ｙ１、Ｙ２、・・・、Ｙｎは、それぞれ磁壁移動電流注入手段１２（図１参照）に接続され、Ｘ電極列Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎ及びＹ電極列Ｙ１、Ｙ２、・・・、Ｙｎの中から選択された、それぞれ１つ以上のＸ電極列Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎ及びＹ電極列Ｙ１、Ｙ２、・・・、Ｙｎの間に、磁壁移動電流注入手段１２によって電圧が印加される。そして、磁壁移動電流注入手段１２によって電圧が印加されたＸ電極列Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎ及びＹ電極列Ｙ１、Ｙ２、・・・、Ｙｎが交差する位置に配置された素子５に磁壁移動電流が注入され、当該素子５の磁壁移動層５２の磁壁５２ｂが移動される。
【００６７】
このようにして、素子５ごとに磁壁５２ｂの位置を設定することにより、Ｘ線変調手段１０に、単色円偏光Ｘ線ビームＢ２に対する吸収率が２次元空間的に分布したパターンを形成することができる。例えば、図４において、白で表した素子５Ａは、磁壁移動層５２の磁壁５２ｂが上端に位置し、磁壁移動層５２のほぼ全領域が磁区５２ａであり、吸収率が最小の状態を示している。また、黒で表した素子５Ｃは、磁壁移動層５２の磁壁５２ｂが下端に位置し、磁壁移動層５２のほぼ全領域が磁区５２ｃであり、吸収率が最大の状態を示している。そして、網掛けで表した素子５Ｂは、磁壁移動層５２の磁壁５２ｂが、上端と下端の中間に位置し、磁区５２ａ及び磁区５２ｃの割合で定まる中間の吸収率の状態を示している。
【００６８】
図４に示したＸ線変調手段１０は、円形５０Ａの内側の素子５（５Ａ）の吸収率が最も小さく、円形５０Ｂの外側の領域の素子５（５Ｃ）の吸収率が最も大きく、そして、円形５０Ａ及び円形５０Ｂの間の領域の素子５（５Ｂ）の吸収率がそれらの中間の大きさのパターンを形成している。
このパターンを形成したＸ線変調手段１０に、単色円偏光Ｘ線ビームＢ２を入射して透過させることにより、３種類の吸収率の素子５の２次元配置に対応して強度変調された変調Ｘ線ビームＢ３を得ることができる。
図４では、３段階に強度変調する場合について示したが、磁壁５２ｂの位置を細かく制御することにより、素子５ごとに、連続的に吸収率を変化させたパターンを形成することができる。これによって、連続的に強度変調した変調Ｘ線ビームＢ３を得ることができる。
【００６９】
また、各素子５の磁壁５２ｂの位置を時分割で制御することにより、単位時間内に透過するＸ線の累積エネルギーを多段階に制御することもできる。これによって、素子５の磁壁５２ｂの位置と、その位置の状態の継続時間とを組み合わせて、よりきめ細かく強度変調することができる。
【００７０】
下部電極４は、基板２の上に、金属材料をスパッタリング法などで堆積し、リソグラフィ法などで所望のサイズの電極母線に加工して形成することができる。下部電極４は、用いるＸ線に対する吸収率が小さい方が好ましく、Ａｌ、導電グラファイト（Ｃ）、Ｂｅなどを用いることができる。
【００７１】
上部電極６は、下部電極４と同様に、金属材料をスパッタリング法などで堆積し、リソグラフィ法などで所望のサイズの電極母線に加工して形成することができる。上部電極６は、磁壁移動層５２に効率よく単色円偏光Ｘ線ビームＢ２を入射させるため、用いるＸ線に対して吸収率の小さい材料を用いることが好ましい。例えば、Ａｌ、導電グラファイト（Ｃ）、Ｂｅなどを用いることができる。
【００７２】
素子選択手段１１は、磁壁５２ｂの位置を移動させる素子５を選択し、磁壁移動電流注入手段１２を制御して、選択した素子５に磁壁移動電流を注入させる。これによって、選択した素子５の磁壁移動層５２における磁壁５２ｂの位置を移動させる。すなわち、素子選択手段１１は、磁壁移動電流注入手段１２を介して各素子５の磁壁移動層５２の磁壁５２ｂの位置を制御するものである。
また、素子選択手段１１は、時分割で各素子５の磁壁移動層５２の磁壁５２ｂの位置とその状態の継続時間とを制御することにより、素子５を透過する単色円偏光Ｘ線ビームＢ２の強度をより細かく連続的に変調することができる。
【００７３】
磁壁移動電流注入手段１２は、素子選択手段１１によって制御され、素子選択手段１１が選択した素子５に対応するＸ電極列Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎ及びＹ電極列Ｙ１、Ｙ２、・・・、Ｙｎの間に電圧を印加して、当該素子５に磁壁移動電流を注入する。これによって、当該素子５の磁壁移動層５２の磁壁５２ｂの位置を移動させる。
【００７４】
＜動作＞
次に、図１乃至図４を参照して、Ｘ線空間変調装置１の動作について説明する。
Ｘ線空間変調装置１は、素子選択手段１１によって、磁壁５２ｂの位置を移動させるＸ線変調手段１０の素子５を適宜選択する。Ｘ線空間変調装置１は、磁壁移動電流注入手段１２によって、素子選択手段１１が選択した素子の位置に対応する下部電極４を構成するＸ電極列Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎ及び上部電極６を構成するＹ電極列Ｙ１、Ｙ２、・・・、Ｙｎの間に、磁壁５２ｂの位置を移動させる方向に応じた向きに電圧を印加する。これによって、電圧が印加されたＸ−Ｙ電極が交差する位置の素子５に磁壁移動電流が注入され、当該素子５の磁壁移動層５２の磁壁５２ｂの位置が移動される。
Ｘ線空間変調装置１は、適宜Ｘ線変調手段１０を構成する各素子５に対して磁壁５２ｂの位置の移動を行うことにより、単色円偏光Ｘ線ビームＢ２に対する吸収率が連続的に設定された素子５からなる２次元パターン像をＸ線変調手段１０に形成する。
Ｘ線空間変調装置１は、Ｘ線源２０から入射した単色円偏光Ｘ線ビームＢ２を、当該２次元パターン像を形成したＸ線変調手段１０に入射して透過させることによって２次元パターン像に応じて連続的に強度変調した変調Ｘ線ビームＢ３を出射する。
【００７５】
本発明におけるＸ線空間変調装置１は、ナノ秒オーダーで起きる磁壁移動による吸収率の変化を利用しているため、非常に高速な動作速度を得ることができる。
【００７６】
＜製造方法＞
次に、図６乃至図１３を参照（適宜図２参照）して、本発明に係る実施形態のＸ線空間変調装置１におけるＸ線変調手段１０の製造方法について説明する。
まず、図６及び図１２に示すように、基板２の上面にスパッタリング法などにより導電性材料を堆積し、リソグラフィ法によりストライプ状の下部電極４を形成する。この上にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのＸ線用のレジスト膜３０を堆積する。図６及び図１２は、レジスト膜３０を堆積した状態を示している。なお、図６は、図１２の線Ａ−Ａ’における断面図である。
なお、堆積するレジスト膜３０の厚さは、素子５の高さに設定する。
【００７７】
次に、図７に示すように、Ｘ線露光マスク３１を用いて、素子５を形成する領域にＸ線が入射するようにＸ線露光を行う。このＸ線リソグラフィ法は、ＬＩＧＡプロセスを用いることが好ましい。露光に用いるＸ線はシンクロトロン放射光を用いることが好ましく、Ｘ線のエネルギーは、レジスト膜の厚さが５μｍ以下の場合は、５００ｅＶ〜２ｋｅＶ程度とすることが好ましい。
ＬＩＧＡプロセスは数十ｎｍの加工精度を有しているため、ＬＩＧＡプロセスを用いることにより、アスペクト比（高さ／径）の大きい素子５を高密度に形成することができる。
また、この素子５を作製するための微細加工として、電子ビームリソグラフィ法などを用いれば、素子５のピッチとして数ナノメートルまで微細化が可能である。
【００７８】
Ｘ線露光後、レジスト膜３０を現像して、露光されてレジスト膜３０が黒化した部分を除去することにより、図８に示すように、レジスト膜３０に、素子５を形成するための柱状の凹部である素子形成領域３２が形成される。
【００７９】
次に、下部電極４を用いて、電鋳によりスピン固定強磁性層５１及び磁壁移動層５２を、図９に示すように順次堆積する。
【００８０】
次に、図１０に示すように、堆積した磁壁移動層５２の上に、スパッタリング法などにより導電性材料を堆積し、リソグラフィ法によりストライプ状の上部電極６を形成する。
【００８１】
次に、レジスト膜３０を除去することにより、図１１及び図１３に示したＸ線変調手段１０が完成する。なお、図１１は、図１３の線Ｂ−Ｂ’における断面図である。
【００８２】
以上の工程によって完成したＸ線変調手段１０における磁壁移動層５２は、磁壁移動層５２が形成された時点では、それぞれが磁気エネルギー的に安定した状態となるようにその内部が複数の磁区に分割されているので、所定の方向（基板２に垂直方向上向き又は下向き）に磁化方向を揃える必要がある。そのため、初期化作業（リセット）として、すべての磁壁移動層５２に数１０Ｇ〜５ｋＧ程度の磁界を外部から印加して、所定の一方向に磁化方向が揃うようにする。例えば、実施形態における素子５のような直線状の磁壁移動層５２には、その長さ方向に磁界を印加すればよい。なお、この初期化後は、この磁化方向の磁化が保持されるので、新たに電流の注入や磁界の印加を行うまでは磁化の消失や変化は起こらない。
【００８３】
＜応用例＞
次に、図１４を参照して、実施形態のＸ線空間変調装置１を用いたＸ線リソグラフィのためのＸ線露光装置１００について説明する。
図１４に示すように、Ｘ線露光装置１００は、Ｘ線空間変調装置１と、Ｘ線源２０とからなり、Ｘ線空間変調装置１のＸ線変調手段１０をＸ線露光マスクとして用いる。
Ｘ線源２０及びＸ線空間変調装置１は、図２に示したものと同様であるので、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
また、図１４に示した加工対象４０は、基板４１の上面にＰＭＭＡなどのＸ線用のレジスト膜４２を堆積している。
【００８４】
Ｘ線露光装置１００は、Ｘ線源２０が生成する単色円偏光Ｘ線ビームＢ２を、Ｘ線空間変調装置１によって２次元的に強度変調し、強度変調した変調Ｘ線ビームＢ３で、加工対象４０のレジスト膜４２を露光する。このとき、Ｘ線空間変調装置１によって、例えば、図４に示したような２重円形パターン（円形５０Ａ及び円形５０Ｂ）を形成することにより、円形５０Ａの内側領域（吸収率が小さい）を透過して強度の大きい変調Ｘ線ビームＢ３が露光されたレジスト膜４２の領域には、現像によって深い円柱状の凹部が形成される。また、円形５０Ａと円形５０Ｂとの間の領域を透過して中間強度の変調Ｘ線ビームＢ３が露光されたレジスト膜４２の領域には、現像によって中間の深さの円柱状の凹部が形成される。
これによって、深さの異なる円柱を２段重ねた形状の凹部がレジスト膜４２に形成される。
【００８５】
また、例えば、円形５０Ａと円形５０Ｂとの間の領域において、円形５０Ｂの中心からの位置に応じて、円形５０Ｂの中心から離れた位置に配置された素子５ほど吸収率が大きくなるように、連続的に磁壁５２ｂの位置を調節することにより、円形５０Ａと円形５０Ｂとの間に相当する露光領域において、斜面を形成することができる。これを現像することによって、円錐台形状の凹部がレジスト膜４２に形成される。
【００８６】
このように、Ｘ線露光装置１００は、各素子５の磁壁５２ｂの位置を調節することによって、Ｘ線露光マスクであるＸ線変調手段１０の２次元パターン像を制御することができるため、連続的に強度変調をした露光をすることができる。
これによって、Ｘ線露光装置１００は、３次元形状の自由度の高い加工が可能となる。
【００８７】
また、本発明による実施形態におけるＸ線空間変調装置１は、Ｘ線変調手段１０をＸ線露光マスクとして機能させる用途に限定されず、Ｘ線変調手段１０に種々の２次元パターン像を形成することにより、Ｘ線変調手段１０を、例えば、ゾーンプレートや回折格子として機能させることもできる。
【符号の説明】
【００８８】
１      Ｘ線空間変調装置
２      基板
３      絶縁層
４      下部電極
５      スピン注入磁壁移動素子（素子）
６      上部電極
１０    Ｘ線変調手段（Ｘ線露光マスク）
１１    素子選択手段
１２    磁壁移動電流注入手段
２０    Ｘ線源
２１    シンクロトロン放射光源
２２    モノクロメータ
２３    波長選択手段
２４    移相器
２５    極性選択手段
３０    レジスト膜
３１    Ｘ線露光マスク
３２    素子形成領域
４０    加工対象
４１    基板
４２    レジスト膜
５０    円形領域
５１    スピン固定強磁性層（磁化方向固定層）
５２    磁壁移動層
５２ａ、５２ｃ  磁区
５２ｂ  磁壁
１００  Ｘ線露光装置
Ｂ０    白色直線偏光Ｘ線ビーム
Ｂ１    単色直線偏光Ｘ線ビーム
Ｂ２    単色円偏光Ｘ線ビーム
Ｂ３    変調Ｘ線ビーム
【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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