(57)【要約】【課題】互いに保磁力の異なる２つの磁化固定層を同一面に備えたデュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子からなる光変調素子について、簡易な製造方法を提供する。【解決手段】２つの磁化固定層１１，１２を同一面に備えた光変調素子１を製造する方法であって、同一材料で磁化固定層１１，１２を形成後に、磁化固定層１１，１２上に接続する電極５１，５２ｆをリフトオフで形成するためにこれらの領域を空けたレジストマスクＰＲ３を形成し、イオンビームを傾斜させて照射することにより、磁化固定層１１にイオンＮｇ+を照射して保磁力を低減させる一方、磁化固定層１２はレジストマスクＰＲ３の影になってイオンＮｇ+が到達せず、保磁力が変化しないので、互いに保磁力の異なる磁化固定層１１，１２を備えた光変調素子１を製造することができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性膜を成膜する磁性膜成膜工程とマスクを形成するマスク工程とを順不同で行った後に、前記磁性膜にイオンを照射するイオン照射工程を行って、前記磁性膜で保磁力の異なる複数の磁性領域を形成した磁性素子を製造する製造方法であって、
前記イオン照射工程は、入射角を傾斜させて、前記マスクで被覆されていない区画領域における前記複数の磁性領域の少なくとも１つに前記マスクによりイオンが照射されないようにすると共に、他の前記磁性領域にイオンを照射することを特徴とする磁性素子の製造方法。
【請求項２】
前記磁性素子が、前記保磁力の異なる複数の磁性領域よりも保磁力の小さな１つの磁化自由層を備え、前記保磁力の異なる複数の磁性領域を、面内方向に互いに離間して前記磁化自由層の上に設けて磁化固定層として積層構造を有し、
前記磁性膜成膜工程の前に、前記磁化自由層を形成する磁性材料を成膜する磁化自由層成膜工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の磁性素子の製造方法。
【請求項３】
前記マスク工程の後に前記磁化自由層成膜工程を行って、前記マスクで被覆されていない区画領域に前記磁化自由層を形成し、その後に前記磁性膜成膜工程を行うことを特徴とする請求項２に記載の磁性素子の製造方法。
【請求項４】
前記イオン照射工程の後に、電極材料を成膜して、前記マスクで被覆されていない区画領域に、前記保磁力の異なる複数の磁性領域のそれぞれに接続する電極を形成する電極形成工程を行うことを特徴とする請求項２に記載の磁性素子の製造方法。
【請求項５】
前記磁性素子が、前記保磁力の異なる複数の磁性領域よりも保磁力の小さな１つの磁化自由層を備え、前記保磁力の異なる複数の磁性領域を、面内方向に互いに離間して前記磁化自由層の下に設けて磁化固定層として積層構造を有し、
前記イオン照射工程の後に、前記磁化自由層を形成する磁性材料を成膜する磁化自由層成膜工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の磁性素子の製造方法。
【請求項６】
磁化自由層成膜工程は、前記マスクで被覆されていない区画領域に前記磁化自由層を形成することを特徴とする請求項５に記載の磁性素子の製造方法。
【請求項７】
前記マスク工程の後に、前記磁性膜成膜工程を行って、前記マスクで被覆されていない区画領域に前記磁性膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の磁性素子の製造方法。
【請求項８】
前記磁性素子が、前記磁化固定層と前記磁化自由層との間に中間層を挟んで積層したスピン注入磁化反転素子構造を備え、
前記磁性膜成膜工程において、前記磁性膜と連続して前記中間層を形成する材料を成膜することを特徴とする請求項２ないし請求項７のいずれか一項に記載の磁性素子の製造方法。
【請求項９】
前記磁性素子が、前記磁化固定層と前記磁化自由層との間に中間層を挟んで積層したスピン注入磁化反転素子構造を備え、
前記磁化自由層成膜工程において、前記磁化自由層を形成する磁性材料と連続して前記中間層を形成する材料を成膜することを特徴とする請求項２ないし請求項７のいずれか一項に記載の磁性素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気光学方式の空間光変調器の光変調素子や、磁気抵抗ランダムアクセスメモリの記憶素子に適用される磁性素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間光変調器は、画素として光学素子（光変調素子）を用い、これをマトリクス状に２次元配列して光の位相や振幅等を空間的に変調するものであって、ホログラフィ装置等の露光装置、ディスプレイ技術、記録技術等の分野で広く利用されている。また、２次元で並列に光情報を処理することができることから光情報処理技術への応用も研究されている。空間光変調器として、従来より液晶が用いられているが、近年では、高速処理かつ画素の１μｍ以下の微細化の可能性が期待される磁気光学材料を用いた磁気光学式空間光変調器の開発が進められている。
【０００３】
磁気光学式空間光変調器においては、磁性体に入射した光が透過または反射する際にその偏光の向きを変化（旋光）させて出射するファラデー効果（反射の場合はカー効果）を利用している。すなわち磁気光学式空間光変調器（以下、空間光変調器）は、選択された画素（選択画素）における光変調素子の磁化方向とそれ以外の画素（非選択画素）における光変調素子の磁化方向を異なるものとして、選択画素から出射した光と非選択画素から出射した光で、その偏光の回転角（旋光角）に差を生じさせた２値の光に変調する。このような光変調素子の磁化方向を変化させる方法として、光変調素子に磁界を印加する磁界印加方式や、光変調素子に電流を供給する、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）にも適用されているスピン注入方式（例えば、特許文献１，２）や磁壁移動方式（例えば、特許文献３）がある。
【０００４】
磁界印加方式の空間光変調器は、各光変調素子の外周に沿って磁界を発生させるための電極（配線）を備え、印加磁界により隣の画素の光変調素子が追随して磁化反転しないように、磁性膜（光変調素子）が画素毎に間隔を空けて分離されているために、数μｍ以下の微細な画素を形成することが困難である。これに対してスピン注入方式の光変調素子は、具体的には、ＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗効果）素子やＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子等の、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）にも適用されるスピン注入磁化反転素子を適用することができる。このようなスピン注入磁化反転素子は、膜面に垂直に電流を供給してスピンを注入するので、上下に接続された配線を狭ピッチ化していっそうの微細化を可能とする。
【０００５】
一方で、前記のスピン注入磁化反転素子は、その平面視サイズが小さいほど、磁化反転電流を低減することができ、一辺３００ｎｍ程度以下としないと好適に動作（スピン注入磁化反転）し難い。しかし、光変調素子は、入射光の波長にもよるが、回折限界のために各辺が３００ｎｍ以上であることが好ましく、開口率を高くするために画素に対して小さ過ぎないことが好ましい。そこで、本願発明者らは、１つの磁化自由層に、面内方向に互いに離間した２つの磁化固定層を中間層を挟んで積層した並設デュアルピン構造（デュアルスピンバルブ型）のスピン注入磁化反転素子を開発した（例えば、特許文献４，５参照）。このような構造の光変調素子とすることにより、磁化反転に好適な面積の小さな２個のスピン注入磁化反転素子に、共有されて光変調に好適なサイズに拡張された１つの磁化自由層を備えたものとすることができる。
【０００６】
また、細線加工された磁性体（磁性細線）を光変調素子とする空間光変調器が提案されている（例えば、特許文献５参照）。これは、磁性細線においては、２以上の磁区が細線方向に区切られて形成され易く、これらの磁区を区切る磁壁が当該磁性細線に電流を細線方向に供給することにより移動するという磁壁移動を利用している。磁性細線は、幅方向に単磁区を形成する太さ（３００ｎｍ程度）まで拡張が可能であり、細線方向を空間光変調器の面内方向（光の入射面）における一方向として配列することで、面積を拡張した光変調素子となる。
【０００７】
磁性細線については、読出し専用のＴＭＲ素子等を組み合わせて、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の記憶素子にも適用されている（例えば、特許文献６参照）。このような記憶素子においては、磁性細線が幅狭に形成されることにより、書込み（磁壁移動）のための電流を低減することができる。このような磁性細線を備える記憶素子や光変調素子（以下、磁壁移動素子）においても、磁性細線に生成している磁壁が安定して維持されるために、磁性細線の両端に磁化固定層を積層して電極を接続することが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４８２９８５０号公報
【特許文献２】特許第５００１８０７号公報
【特許文献３】特許第４９３９４８９号公報
【特許文献４】特許第５５６７９６９号公報
【特許文献５】特開２０１３−１９５５９４号公報
【特許文献６】特開２０１１−１１９５３７号公報
【特許文献７】特開２０１５−０５５７９８号公報
【特許文献８】特開２０１３−２５７４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子や磁壁移動素子（以下、適宜まとめて磁性素子）の２つの磁化固定層は、磁化自由層や磁性細線の同一面に設けられるが、互いに異なる磁化方向に固定されている必要がある。そのために、２つの磁化固定層は、互いに保磁力の異なるように、合金組成や成膜雰囲気を異なるものにしたり、一方を交換結合した磁性膜を備えた多層構造とする等、異なる構造に形成されるように、それぞれの磁化固定層を分けて成膜、加工して製造されることになる（例えば、特許文献７参照）。あるいは、同じ材料を成膜した後に、一方の磁化固定層のみにＧａやＫｒ等のイオンビームを照射して保磁力を低減させる技術が知られている（例えば、特許文献８参照）。しかし、この製造方法においても、イオンを照射する領域を空けたマスクを形成する必要がある。
【００１０】
本発明は前記問題点に鑑み創案されたもので、複数の磁化固定層を互いに異なる磁化方向に固定することが容易な、並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子や磁壁移動素子について、簡易な製造方法を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明者らは、特許文献８に記載された保磁力の低減のためのイオン照射について、入射角を傾斜させることにより、マスクの空いた領域であってもマスクの影になって、イオンが照射されない領域が生じることに着目した。さらに検討して、磁化固定層やこの磁化固定層に接続する電極を形成するマスクを利用して、イオン照射専用にマスクを形成せずに、一部の磁化固定層に限定してイオンを照射することに想到した。
【００１２】
すなわち、本発明に係る磁性素子の製造方法は、磁性材料を成膜する磁性膜成膜工程とマスクを形成するマスク工程とを順不同で行った後に、前記磁性膜にイオンを照射するイオン照射工程を行って、前記磁性膜で保磁力の異なる複数の磁性領域を形成した磁性素子を製造する方法である。この磁性素子の製造方法は、前記イオン照射工程が、入射角を傾斜させて、前記マスクで被覆されていない区画領域における前記複数の磁性領域の少なくとも１つに前記マスクによりイオンが照射されないようにすると共に、他の前記磁性領域にイオンを照射することを特徴とする。
【００１３】
かかる手順の磁性素子の製造方法により、１回で成膜された磁性材料で２以上の異なる保磁力の磁化固定層を形成することができ、また、イオン照射のみのためのマスクを必ずしも形成しなくてよく、マスクおよび工程の数が低減され得る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る磁性素子の製造方法によれば、複数の磁化固定層を互いに異なる磁化方向に固定することが容易な並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子や磁壁移動素子を、簡易な方法で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１〜第４実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子を搭載した空間光変調器の模式図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子の構造を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図３】本発明の第１実施形態に係る光変調素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る光変調素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る光変調素子の製造方法における磁化自由層形成工程を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図６】本発明の第１実施形態に係る光変調素子の製造方法における磁化固定層形成工程を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図７】本発明の第１実施形態に係る光変調素子の製造方法におけるイオン照射工程および配線形成工程を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図８】ＴｂＦｅＣｏ膜の保磁力の入射角３１°でのＡｒ+イオン照射のビーム電圧依存性のグラフである。
【図９】本発明の第１実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の第１実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法におけるイオン照射工程および配線形成工程を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図１１】本発明の第１実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の第１実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法における磁化自由層形成工程を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図１３】本発明の第１実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法における磁化固定層形成工程を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図１４】本発明に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子を搭載した空間光変調器の模式図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図１５】本発明に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子を搭載した空間光変調器の等価回路図である。
【図１６】本発明の第１実施形態に係る磁性素子の製造方法にて製造される磁壁移動記憶素子を搭載した磁気メモリの模式図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ部分断面図である。
【図１７】本発明に係る磁性素子の製造方法にて製造される磁壁移動記憶素子を搭載した磁気メモリの等価回路図である。
【図１８】本発明の第２実施形態に係る光変調素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る光変調素子の製造方法における光変調素子積層工程を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図２０】本発明の第２実施形態に係る光変調素子の製造方法におけるイオン照射工程および配線形成工程を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図２１】本発明の第３実施形態に係る光変調素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図２２】本発明の第３実施形態に係る光変調素子の製造方法における光変調素子積層工程およびイオン照射工程を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図２３】本発明の第４実施形態に係る光変調素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図２４】本発明の第４実施形態に係る光変調素子の製造方法における光変調素子形成工程およびイオン照射工程を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図２５】本発明の第４実施形態に係る光変調素子の製造方法における光変調素子形成工程を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図２６】本発明の第４実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法におけるイオン照射工程を説明する模式図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ部分断面図に相当する。
【図２７】本発明の第５実施形態、第６実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子を搭載した空間光変調器の模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｈ線組合せ断面図である。
【図２８】本発明の第５実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子の構造を説明する模式図であり、図２７（ａ）のＧ−Ｈ線部分断面図に相当する。
【図２９】本発明の第５実施形態に係る光変調素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図３０】本発明の第５実施形態に係る光変調素子の製造方法における配線形成工程および磁化固定層形成工程を説明する模式図であり、図２７（ａ）のＧ−Ｈ線部分断面図に相当する。
【図３１】本発明の第５実施形態に係る光変調素子の製造方法における磁化固定層形成工程およびイオン照射工程を説明する模式図であり、図２７（ａ）のＧ−Ｈ線部分断面図に相当する。
【図３２】本発明の第５実施形態に係る光変調素子の製造方法における磁化自由層形成工程を説明する模式図であり、図２７（ａ）のＧ−Ｈ線部分断面図に相当する。
【図３３】本発明の第５実施形態の変形例に係る磁壁移動素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図３４】本発明の第５実施形態の変形例に係る磁壁移動素子の製造方法におけるイオン照射工程および磁性細線形成工程を説明する模式図であり、図１４（ａ）のＢ−Ｂ線部分断面図に相当する。
【図３５】本発明の第５実施形態の変形例に係る磁壁移動記憶素子の製造方法を説明する模式図である。
【図３６】本発明の第６実施形態に係る磁壁移動素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図３７】本発明の第６実施形態に係る磁壁移動素子の製造方法におけるイオン照射工程および磁性細線形成工程を説明する模式図であり、図１４（ａ）のＢ−Ｂ線部分断面図に相当する。
【図３８】本発明の第６実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法における磁化固定層形成工程、イオン照射工程、および磁化自由層形成工程を説明する模式図であり、図２７（ａ）のＧ−Ｈ線部分断面図に相当する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る磁性素子の製造方法を実現するための形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
〔第１実施形態：光変調素子〕
はじめに、本発明の第１実施形態に係る光変調素子の製造方法（磁性素子の製造方法）にて製造される光変調素子（磁性素子）について説明する。光変調素子１は、図１に示す空間光変調器１０の画素（空間光変調器による表示の最小単位での情報（明／暗）を表示する手段を指す。）として搭載されて、図１（ｂ）に示すように、下方から入射した光を反射して異なる２値の光（偏光成分）に変調して下方へ出射する。なお、図１（ｂ）においては、光変調素子１の磁化固定層１１，１２および磁化自由層３のそれぞれにおける磁化方向を矢印で表す。
【００１８】
本発明の第１実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子１（適宜、第１実施形態に係る光変調素子１と称する）は、トップピン（ボトムフリー）型の並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子であり（特許文献４参照）、図２に示すように、磁化自由層３上に、中間層２１、中間層２２をそれぞれ挟んで第１磁化固定層１１と第２磁化固定層１２の２つの磁化固定層（保磁力の異なる複数の磁性領域）が同一面で離間して積層されている。光変調素子１は、さらに、磁化固定層１１，１２のそれぞれの上に保護膜４１，４２を積層して備え、磁化自由層３の下に下地膜４３を備える。このような光変調素子１は、磁化固定層１１，１２の並び方向（Ｘ方向）に沿った断面視が略凹字型である。図２に示す光変調素子１は、光を透過する基板８上に形成され、また、第１電極（電極）５１、第２電極（電極）５２を一対の電極として、保護膜４１，４２を介して２つの磁化固定層１１，１２に接続されている。
【００１９】
本実施形態に係る光変調素子１は、図１に示すように、平面視形状が正方形（矩形）であり、磁化自由層３はその全体に設けられるので同一形状である。一方、中間層２１とその上の第１磁化固定層１１、中間層２２とその上の第２磁化固定層１２は、それぞれ平面視形状が同一の長方形（図１において網掛けを付した領域）で、短辺方向に離間して磁化自由層３上に並べられている。並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子は、離間した２個のスピン注入磁化反転素子が、それぞれの磁化自由層を拡張させて接続された構造である。前記構造のスピン注入磁化反転素子において、磁化自由層は、それぞれのスピン注入磁化反転素子の領域（中間層および磁化固定層を積層された領域）ではスピン注入磁化反転により磁化方向が変化し、これらの間に挟まれた領域（前記の拡張させた領域）では磁壁移動により磁化方向が変化する（特許文献４参照）。
【００２０】
光変調素子１（磁化自由層３）の平面視における大きさは、光変調のために一辺の長さを少なくとも入射光の回折限界以上とし、３００ｎｍ程度以上が好ましい。一方、光変調素子１が磁化反転動作を好適に行うために、第１磁化固定層１１、中間層２１、および磁化自由層３、ならびに第２磁化固定層１２、中間層２２、および磁化自由層３、のそれぞれ３層構造の領域が、３００ｎｍ×４００ｎｍ相当の面積以下であることが好ましく、一般的なスピン注入磁化反転素子の１個の大きさである３００ｎｍ×１００ｎｍ程度相当の面積であることがさらに好ましい。特に本発明においては、Ｘ方向長が、空間光変調器１０の画素サイズ（光変調素子１の配列のピッチ）に対して小さいことが好ましい。なお、本実施形態に係る光変調素子１は、図２に示すように、磁化固定層１１，１２およびこれらと同一形状の中間層２１，２２が、磁化自由層３の外側へ張り出すように一回り大きく形成されているが、磁化自由層３に積層されていない領域は前記のスピン注入磁化反転素子の１個の大きさに含まれない。このような形状は光変調素子の製造方法によるもので、後記変形例のように、磁化自由層３の方を拡張させることもできるし、磁化自由層３と磁化固定層１１，１２および中間層２１，２２との平面視形状が当該光変調素子１の輪郭に一致する場合もある。図１においては、光変調素子１は各層の輪郭が一致する形状で示される。以下、光変調素子を構成する各要素について詳細に説明する。
【００２１】
（磁化固定層）
第１磁化固定層１１および第２磁化固定層１２は磁性体であり、磁化自由層３を効率よく磁化反転させるために、それぞれの磁化が互いに反対方向に固定されている。このような磁化固定層１１，１２は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子に用いられる公知の磁性材料にて構成することができ、特に、後記の磁化自由層３と同様に、垂直磁気異方性材料を適用することが好ましい。垂直磁気異方性材料は、具体的には、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の遷移金属とＰｄ，Ｐｔのような貴金属とを繰り返し積層したＣｏ／Ｐｄ多層膜等の多層膜、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｆｅ等の希土類金属と遷移金属との合金（ＲＥ−ＴＭ合金）、Ｌ１0系の規則合金としたＦｅＰｔ, ＦｅＰｄ，ＣｒＰｔ3等が挙げられる。
【００２２】
また、磁化自由層３の磁化方向が回転しても磁化固定層１１，１２の磁化が固定されているように、磁化固定層１１，１２は、それぞれの保磁力Ｈcp1，Ｈcp2が磁化自由層３の保磁力Ｈcfよりも十分に大きくなるように、それぞれの材料を選択したり、磁化自由層３よりも厚く形成される。具体的には、磁化固定層１１，１２は、厚さが３〜５０ｎｍの範囲において設計されることが好ましい。また、磁化固定層１１，１２は、この範囲の厚さであれば、上方からイオンを照射されることにより全体の保磁力が低減し、かつ、中間層２１，２２の厚さにもよるがイオンを磁化自由層３まで到達させ難く、イオン照射による磁化自由層３の磁気特性への影響が抑制される。
【００２３】
第１磁化固定層１１および第２磁化固定層１２は、互いに反対方向の磁化に固定されているので、外部からの磁界印加によりこのような磁化方向にする初期設定を容易にするために、保磁力Ｈcp1，Ｈcp2が磁化自由層３の保磁力Ｈcfよりも大きいことに加えて、互いに異なる大きさになるように設計される。本発明においては、後記するように、磁化固定層１１，１２は、材料を同時に成膜されるため、材料および厚さが同一であり、一方のみにイオンを照射される、または互いに異なる照射量でイオンを照射されることにより、互いに異なる大きさの保磁力Ｈcp1，Ｈcp2とされる。本実施形態に係る光変調素子１では、第１磁化固定層１１の保磁力Ｈcp1の方が小さい、すなわち、Ｈcf<<Ｈcp1＜Ｈcp2とする。これは、磁化固定層１１，１２のそれぞれの上に形成される第１電極５１と第２電極５２の接続層５２ｆとで、第１電極５１の方が平面視形状が大きい（Ｘ方向に長い）ことによる。詳しくは後記製造方法にて説明するが、第１電極５１と第２電極５２の接続層５２ｆとを形成するためのレジストマスクを利用して、第１磁化固定層１１のみがイオンを照射されて保磁力Ｈcp1を小さくされる。したがって、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜は、成膜時（イオンビームを照射される前）において、保磁力がＨcp2である。以下に、磁化固定層１１，１２に好適な、イオン照射により保磁力が変化する磁性材料について説明する。
【００２４】
Ｃｏ／Ｐｔ多層膜やＣｏ／Ｐｄ多層膜は、Ｇａ等のイオンを照射されると、Ｃｏ膜とＰｔ膜との（またはＣｏ膜とＰｄ膜との）界面に作用して保磁力が低下すると推測されている。また、Ｌ１2規則合金のＣｒＰｔ3は、Ｋｒ，Ａｒイオンを照射されると、不規則相のｆｃｃ構造に変化することで保磁力が低下すると推測されている（特許文献８参照）。このように、これらの磁性材料は、イオンが照射されることで構造が変化し、いずれもイオン数が多いほど保磁力が小さくなるため、照射条件を調整することにより、照射領域における保磁力を制御することができる。
【００２５】
ＲＥ−ＴＭ合金であるＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ合金（ＴｂＦｅＣｏ）は、アモルファス合金であり、大きな保磁力を示すが、熱処理により部分的に結晶化することで磁気特性が変化すると推測される。このようなＲＥ−ＴＭ合金の結晶化はイオン照射によってもなされ、イオン照射におけるエネルギーの大きさで保磁力を制御することができる（特許文献８参照）。
【００２６】
（磁化自由層）
磁化自由層３は磁性体であり、磁化固定層１１，１２が磁化方向を固定されているのに対し、磁化自由層３はスピン注入によって磁化を容易に反転（１８０°回転）させることができ、磁化固定層１１，１２のいずれか一方と同じ磁化方向を示す。磁化自由層３は前記の公知の磁性材料にて構成することができ、極カー効果で旋光角θkが大きくなる垂直磁気異方性材料を適用することが好ましい。さらに、磁化自由層３は、光変調素子１（空間光変調器の画素）への入射光の波長において磁気光学効果の大きい材料を選択することがより好ましい。ただし、後記するように、第１実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、磁化自由層３は、ＲＥ−ＴＭ合金よりも、イオンミリングのような物理的エッチングによる加工が可能な、耐熱性に優れたＣｏ／Ｐｄ多層膜等を適用することが好ましい。また、前記した通り、磁化自由層３は、保磁力Ｈcfが磁化固定層１１，１２の保磁力Ｈcp1，Ｈcp2よりも小さくなるように、材料を選択したり、磁化固定層１１，１２よりも薄く形成される。一方、旋光角θkを大きくするために、磁化自由層３は厚いことが好ましい。具体的には、磁化自由層３の厚さは１〜２０ｎｍの範囲において設計されることが好ましい。
【００２７】
（中間層）
中間層２１は、第１磁化固定層１１と同一の平面視形状で、第１磁化固定層１１と磁化自由層３との間に設けられ、中間層２２は、第２磁化固定層１２と同一の平面視形状で、第２磁化固定層１２と磁化自由層３との間に設けられる。中間層２１と中間層２２は、材料を同時に成膜されて形成されるため、材料および厚さが同一であり、絶縁体または非磁性金属からなる。光変調素子１における２個のスピン注入磁化反転素子がＴＭＲ素子であれば、中間層２１，２２はＴＭＲ素子の障壁層として公知の絶縁膜からなる。具体的には、ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＨｆＯ2が挙げられ、厚さが０．６〜２ｎｍ程度に形成される。一方、２個のスピン注入磁化反転素子がＣＰＰ−ＧＭＲ素子であれば、中間層２１，２２はＣＰＰ−ＧＭＲ素子の中間層として公知の非磁性金属からなる。具体的には、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ａｕが挙げられ、厚さが１〜１０ｎｍに、好ましくは２〜６ｎｍ程度に形成される。さらに本実施形態に係る光変調素子１においては、中間層２１，２２は、その下の磁化自由層３への、磁化固定層１１，１２に照射したイオンの到達を抑制するために、ＴＭＲ素子の障壁層としては厚さを１ｎｍ以上に、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の中間層としては３ｎｍ以上に、それぞれ形成されることがより好ましい。
【００２８】
（保護膜）
保護膜４１および保護膜４２は、光変調素子１において、その製造時におけるダメージから磁化固定層１１，１２を保護するために、最上層に設けられている。製造時におけるダメージとは、例えばレジストマスク形成時の現像液の含浸等、また、特に磁化固定層１１，１２が酸化し易いＲＥ−ＴＭ合金で形成される場合には酸化が挙げられ、さらに本実施形態においては、後記するように、磁化固定層１１，１２の一方が製造時にイオンビームを照射されるため、その際にスパッタリングされることを保護膜４１，４２で防止する。保護膜４１，４２は、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕの単層、またはＣｕ／Ｔａ，Ｃｕ／Ｒｕの２層等から構成される。なお、前記の２層構造とする場合は、いずれもＣｕを内側（下層）とする。保護膜４１と保護膜４２は、材料を同時に成膜されて形成されるので、同一の材料からなる。ただし、後記製造方法にて説明するように、保磁力の小さい方である第１磁化固定層１１上の保護膜４１がイオンビームを照射されて薄肉化されるため、保護膜４１と保護膜４２は互いに異なる厚さになる（２層膜であれば下層のみ同一になることがある）。保護膜４１，４２の厚さは、１ｎｍ未満であると連続した膜を形成し難く、一方、１０ｎｍを超えて厚くしても、製造工程において磁化固定層１１，１２等を保護する効果がそれ以上には向上しない上、第１磁化固定層１１または第２磁化固定層１２へのイオンの照射による保磁力低減の効果が妨げられる場合がある。したがって、保護膜４１，４２（以下、区別しない場合に、適宜、保護膜４と称する）の厚さは１〜１０ｎｍとすることが好ましい。なお、この保護膜４１，４２の厚さは、光変調素子１（完成後）におけるものである。保護膜４１，４２は、後記するように、光変調素子１の製造時すなわち当該保護膜４１，４２を形成する材料の成膜時には、後続の工程の処理による減肉分を加味して厚さを設定してもよい。
【００２９】
（下地膜）
下地膜４３は、光変調素子１（磁化自由層３）の基板８への密着性を得るために、必要に応じて設けられ、磁化自由層３を形成する磁性膜を連続して成膜する。下地膜４３は、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕ等の非磁性金属材料で形成される。下地膜４３は、厚さが１ｎｍ未満であると連続した膜を形成し難いので、１ｎｍ以上が好ましく、３ｎｍ以上がより好ましい。一方、１０ｎｍを超えて厚くしても密着性が飽和する上、光の透過が妨げられるので、１０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましい。あるいは、下地膜４３は、ＭｇＯ等の絶縁膜でもよく、このような絶縁膜であれば光を透過するので、厚さの上限は特に規定されない。
【００３０】
（空間光変調器）
第１実施形態に係る光変調素子を画素に備える空間光変調器について、図面を参照してその構成を説明する。
図１に示すように、空間光変調器１０は、光を透過する基板８と、基板８上に２次元アレイ状に配列された光変調素子１と、平面（底面）視でＹ方向に延設して光変調素子１に接続する第１電極（Ｘ配線）５１と、Ｘ方向に延設して光変調素子１に接続する第２電極（Ｙ配線）５２と、光変調素子１，１間および電極５１，５２のそれぞれの間を絶縁する絶縁層６と、を備える。図１（ａ）は基板８側からの底面図であり、第２電極５２よりも第１電極５１が基板８側、すなわち下側に配され、さらにその下の基板８上に光変調素子１が配列される（図１（ｂ）、図２参照）。なお、図１（ａ）において、基板８は輪郭線のみを示す。また、絶縁層６は、図１において透明であるとして表し、その他の図面において、全部または一部にハッチング等を付さずに表す。空間光変調器１０の光の入射面は底面（下面）であり、空間光変調器１０は、基板８を透過して光変調素子１に下方から入射した光を変調して下方へ出射する反射型の空間光変調器である（図１（ｂ）参照）。なお、本明細書では、空間光変調器は、説明を簡潔にするために、４行×４列の１６個の画素（光変調素子）を配列した構成で例示される。したがって、空間光変調器１０において、Ｘ配線５１、Ｙ配線５２は、それぞれ４本ずつ設けられる。
【００３１】
空間光変調器１０は、クロスポイント型のＭＲＡＭと同じ回路構造であり、このようなＭＲＡＭやスピン注入磁化反転素子を光変調素子とする空間光変調器と同様に、所望の画素を選択して、その画素におけるＸ配線５１、Ｙ配線５２を経由して直流パルス電流を供給することにより、光変調素子１の磁化自由層３の磁化方向を変化させることができる。そして、空間光変調器１０は、画素毎の磁化自由層３の磁化方向に応じて、入射した光の偏光方向を変化（回転）させて出射する（特許文献１，２，４，５参照）。以下、空間光変調器を構成する、光変調素子以外の各要素を詳細に説明する。
【００３２】
（電極）
第１電極５１および第２電極５２は、外部から光変調素子１に電流を供給するための一対の電極である。電極５１，５２は、共に光変調素子１（磁化自由層３）に対して光の入出射側の反対側に配置されるので、光を遮ることがなく、低抵抗の金属材料で形成することができる。したがって、電極５１，５２は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｔａ，Ｃｒ等の金属やその合金のような一般的な金属電極材料で形成される。そして、スパッタリング法等の公知の方法により成膜、フォトリソグラフィ、およびエッチングまたはリフトオフ法等によりストライプ状等の所望の形状に加工される。
【００３３】
第１電極５１は、光変調素子１の第１磁化固定層１１に接続するために、磁化固定層１１，１２の並び方向に直交したＹ方向に延設される。したがって、第１電極５１を、適宜、Ｘ配線５１と称する。一方、第２電極５２は、第１電極５１に短絡しないように、第２磁化固定層１２と同一または一回り大きな平面視形状に形成されて、第１電極５１と同じ高さ位置（層）に設けられる接続層５２ｆと、第１電極５１よりも上方（光変調素子１から離れた高さ位置）でＸ方向に延設された配線層５２ｄと、接続層５２ｆと配線層５２ｄとを接続するコンタクト部５２ｃと、からなる。
【００３４】
ここで、第１実施形態に係る光変調素子１上に直接に接続する第１電極５１および第２電極５２の接続層５２ｆ（適宜、第２電極５２ｆと称する）は、後記の製造方法にて説明するように、当該電極５１，５２ｆを成形するためのこれらの領域を空けたレジストマスクが、光変調素子１の第１磁化固定層１１にイオンビームを照射するときの、第２磁化固定層１２へのマスク（シールド）にも使用される。そのため、第１電極５１は、平面視で第１磁化固定層１１の全体と重複し、さらに特定の一方向に、重複した長さ以上に拡張した、すなわち第１磁化固定層１１の２倍以上の長さの形状とする。一方、第２電極５２の接続層５２ｆは、前記一方向には拡張させない。具体的には、例えばＸ方向において、磁化固定層１１，１２のそれぞれの長さ（Ｘ方向長）をｘp1，ｘp2で表すと、第１電極５１は、第１磁化固定層１１上のｘp1に、第２磁化固定層１２のＸ方向長ｘp2以上拡張させて、Ｘ方向長が（２ｘp＋α）に設計される（ｘp1＝ｘp2＝ｘp、α≧０）。このとき、第２電極５２の接続層５２ｆは、第２磁化固定層１２上から前記一方向に外側へマージンαよりも長く拡張させない。ここでは、第１電極５１および第２電極５２の接続層５２ｆは、Ｘ方向において、磁化固定層１１，１２に対して光変調素子１の外側へ、すなわち互いに反対方向に拡張した平面視形状に形成されている。
【００３５】
（基板）
基板８は、光変調素子１を２次元配列するための土台であり、光変調素子１を製造するための広義の基板である。また、光変調素子１を搭載した空間光変調器１０は基板８側から光を入出射するので、基板８は光を透過させる材料からなる。このような基板８として、公知の透明基板材料が適用でき、具体的には、ＳｉＯ2（酸化ケイ素、ガラス）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、サファイア、ＧＧＧ（ガドリニウムガリウムガーネット）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、Ｇｅ（ゲルマニウム）単結晶基板等を適用することができる。また、基板８は、光変調素子１との間すなわち表面に、屈折率の異なる２種類以上の誘電体層（絶縁体層）の積層体が形成されていてもよい（図示せず）。
【００３６】
（絶縁層）
絶縁層６は、空間光変調器１０の間隙を埋めるように、隣り合う光変調素子１，１間、および電極５１，５２同士の間に設けられる。さらに絶縁層６は、光変調素子１における間隙である、中間層２１、第１磁化固定層１１、および保護膜４１と、中間層２２、第２磁化固定層１２、および保護膜４２と、の間（適宜、光変調素子１内の間隙と称する）に設けられる。なお、適宜、光変調素子１，１間、および光変調素子１内の間隙に設けられる絶縁層６を絶縁層６２、あるいはさらに絶縁層（エッチングストッパ膜）６１と称し、電極５１，５２同士の間に設けられる絶縁層６を絶縁層６５と称する。絶縁層６２，６５は、例えばＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ、Ｓｉ3Ｎ4等のＳｉ窒化物（Ｓｉ−Ｎ）、ＭｇＦ2等の公知の無機絶縁材料を適用することができ、スパッタリング法等の公知の方法により成膜され、空間光変調器１０において部分（層）によって異なる絶縁材料を適用してもよい。特に磁化固定層１１，１２や磁化自由層３に極めて酸化し易いＲＥ−ＴＭ合金からなる層を含む場合は、このような層の端面（側面）に接触する絶縁層６２は、Ｓｉ−Ｎ等のＯ（酸素）を含有しない非酸化物、あるいは比較的酸化させ難いＭｇＯを適用されることが好ましい。一方、光変調素子１がＴＭＲ素子である場合に、絶縁層６は、磁化固定層１１，１２および磁化自由層３の平面視形状によっては、少なくとも中間層（障壁層）２１，２２間において、ＭｇＯ等の障壁層と同じ絶縁材料、または特に絶縁性の高いＳｉＯ2で形成されていることが好ましい。これは、磁化自由層３の端部から絶縁層６を介して磁化固定層１１，１２にリーク電流が流れないようにするためである。
【００３７】
また、絶縁層６１は、光変調素子１の製造において、後記するように絶縁層６２のエッチングにおけるエッチングストッパ膜とするために、必要に応じて絶縁層６２の下に設けられ、絶縁層６２とは異なる絶縁材料で形成される。光変調素子１を備える空間光変調器１０においては、光変調素子１内の間隙における下層（磁化自由層３の上面に接触する層）に絶縁層６１ａが、光変調素子１，１間における下層（磁化自由層３の側面および中間層２１，２２の側面に接触する層）に絶縁層６１ｂが、それぞれ設けられる。そして、絶縁層６２は例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のようなエッチング選択性の高い方法でエッチングされ易い材料で形成され、絶縁層６１は相対的にエッチングレートが低い（エッチング選択性が低い）材料で形成される。例えば、絶縁層６２がＳｉＯ2であれば、絶縁層６１はＳｉ−Ｎ、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3が、絶縁層６２がＳｉ−Ｎであれば、絶縁層６１はＭｇＯが適用され得る。特に、絶縁層６１はＭｇＯを適用されることが好ましい。
【００３８】
そして、絶縁層６１は、ＲＩＥではエッチングされ難いため、イオンミリングのような特にエッチング異方性の高い方法で除去される。一般的にイオンミリング等の物理的エッチングは加工ダメージが大きいので、エッチング量が多いとエッチング面すなわち磁化自由層３の上面が荒れて、光変調素子１の特性に影響する虞がある。そのため、絶縁層６１（適宜、エッチングストッパ膜６１と称する）は、絶縁層６２のエッチングストッパ膜として機能するように厚さ１ｎｍ以上が好ましく、エッチング量を抑えるために厚さ５ｎｍ以下が好ましく、３ｎｍ以下がより好ましい。なお、本実施形態に係る光変調素子１を搭載した空間光変調器１０においては、光変調素子１，１間に設けられた絶縁層６１ｂは、完全には除去されないので厚さの上限が規定されず、磁化自由層３上に設けられた絶縁層６１ａの厚さ以上であればよく、下層（基板８側）にＳｉＯ2等からなる絶縁層６２が設けられていてもよい（図示せず）。
【００３９】
〔第１実施形態：光変調素子の製造方法〕
本発明の第１実施形態に係る光変調素子の製造方法（磁性素子の製造方法）を、光変調素子が２次元配列された空間光変調器（図１参照）の製造にて、図３〜７を参照して説明する。本明細書において光変調素子の製造方法を説明する断面図（ここでは、図５〜７）は、Ｘ方向に沿った断面図であり、空間光変調器における光変調素子の２個分の部分を拡大して示す。また、これらの断面図においては、成形前やイオン照射前においても磁化固定層１１，１２や磁化自由層３等の各要素を同一の符号で表す。
【００４０】
図３に示すように、本実施形態に係る光変調素子の製造方法は、磁化自由層３および磁化自由層３，３間を埋める絶縁層６を形成する磁化自由層形成工程Ｓ１０と、磁化自由層３上に、中間層２１，２２および磁化固定層１１，１２、ならびにこれらの間を埋める絶縁層６を形成する磁化固定層形成工程Ｓ２０と、を行う。その後、図４に示すように、第１磁化固定層１１にイオンを照射するイオン照射工程Ｓ３２を行って光変調素子１を形成し、並行して、光変調素子１上に、第１電極５１および第２電極５２、ならびにこれらの間を埋める絶縁層６５を形成する配線形成工程Ｓ４０を行って空間光変調器１０を製造する。正確には、後記するように、配線形成工程Ｓ４０の途中でイオン照射工程Ｓ３２を行う。以下、光変調素子１を形成するための各工程について詳細に説明する。
【００４１】
（磁化自由層形成工程）
磁化自由層形成工程Ｓ１０は、磁化自由層３を構成する材料を成膜する磁化自由層成膜工程Ｓ１１と、エッチングストッパ膜６１ａを成膜するエッチングストッパ膜成膜工程Ｓ１２と、光変調素子１（磁化自由層３）が形成される領域を覆うレジストマスクＰＲ１を形成する磁化自由層マスク形成工程Ｓ１３と、エッチングストッパ膜６１ａと共に磁化自由層３をエッチングして成形する磁化自由層成形工程Ｓ１４と、絶縁層６１ｂを成膜する絶縁膜成膜工程Ｓ１５と、レジストマスクＰＲ１を除去するリフトオフ工程Ｓ１７と、を行う。
【００４２】
まず、基板８上に、下地膜４３を構成する金属膜、磁化自由層３を構成する磁性膜、およびエッチングストッパ膜６１ａを構成するＭｇＯ膜を連続して順次成膜する（Ｓ１１，Ｓ１２）。次に、図５（ａ）に示すように、エッチングストッパ膜６１ａ上に、磁化自由層３が形成される領域を覆うレジストマスクＰＲ１を形成し（Ｓ１３）、図５（ｂ）に示すように、イオンミリング等でエッチングストッパ膜６１ａから金属膜（下地膜４３）までをエッチングして基板８を露出させ、磁化自由層３および下地膜４３を成形する（Ｓ１４）。そして、図５（ｃ）に示すように、エッチングストッパ膜６１ａと同じ絶縁材料（ＭｇＯ）を、エッチングストッパ膜６１ａの上面の高さまで成膜して（Ｓ１５）、磁化自由層３，３間を埋める絶縁層（エッチングストッパ膜）６１ｂを形成する。その後に、レジストマスクＰＲ１をその上のＭｇＯ膜ごと除去する（Ｓ１７）。磁化自由層形成工程Ｓ１０により、図５（ｄ）に示すように、基板８上に、光変調素子１毎に磁化自由層３が形成され、さらに磁化自由層３，３間を埋め、かつ磁化自由層３上を薄く覆うエッチングストッパ膜６１ａ，６１ｂ（以下、適宜まとめてエッチングストッパ膜（絶縁層）６１）により、上面全体がほぼ平坦に形成される。
【００４３】
（磁化固定層形成工程）
磁化固定層形成工程Ｓ２０は、絶縁層６２を成膜する絶縁膜成膜工程Ｓ２１と、第１磁化固定層１１および第２磁化固定層１２が形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ２を絶縁層６１上に形成する磁化固定層マスク形成工程Ｓ２２と、絶縁層６２をエッチングする絶縁膜除去工程Ｓ２３と、エッチングストッパ膜６１をエッチングするエッチングストッパ膜除去工程Ｓ２４と、中間層２１，２２および磁化固定層１１，１２を構成する材料を成膜する磁化固定層成膜工程（磁性膜成膜工程）Ｓ２５と、レジストマスクＰＲ２を除去するリフトオフ工程Ｓ２７と、を行う。
【００４４】
エッチングストッパ膜６１の上に、Ｓｉ−Ｎ等からなる絶縁層６２を、磁化自由層３上のエッチングストッパ膜６１との合計で、中間層２１，２２、磁化固定層１１，１２、および保護膜４１，４２の３層の合計の厚さに合わせて成膜する（Ｓ２１）。次に、絶縁層６２上に、第１磁化固定層１１および第２磁化固定層１２が形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ２を形成し（Ｓ２２、図６（ａ））、絶縁層６２をエッチングして除去する（Ｓ２３、図６（ｂ））。このとき、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のようなエッチング選択性の高い方法で、絶縁層６２のみを完全に除去して、その下のエッチングストッパ膜６１がほとんどエッチングされていないことが好ましい。引き続いて、エッチングストッパ膜６１をエッチングして除去し（Ｓ２４）、磁化自由層３を露出させる（図６（ｃ））。エッチングストッパ膜６１のエッチングは、エッチング異方性の高い、イオンミリング等の物理的エッチングで行うことが好ましい。そして、中間層２１，２２を構成する非磁性金属膜または絶縁膜、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜、および保護膜４１，４２を構成する金属膜を連続して成膜して（Ｓ２５）、絶縁層６１，６２のエッチング跡に埋め込んで、中間層２１，２２、磁化固定層１１，１２、および保護膜４１，４２を形成する（図６（ｄ））。このとき、中間層２１，２２の成膜前に、磁化自由層３の表面へエッチングされない程度にイオン等を照射してクリーニングすることが好ましい。その後に、レジストマスクＰＲ２をその上の磁性膜等ごと除去する（Ｓ２７、図６（ｅ））。
【００４５】
磁化固定層形成工程Ｓ２０により、図６（ｅ）に示すように、磁化自由層３の上に中間層２１，２２および磁化固定層１１，１２が積層されて光変調素子１が形成され、さらにこれらの間を埋める絶縁層６２により、上面全体が平坦に形成された状態にすることができる。ただし、この段階では、第１磁化固定層１１および第２磁化固定層１２は保磁力が同等である。なお、エッチングストッパ膜除去工程Ｓ２４では、イオンミリング等の物理的エッチングにより、被エッチング膜であるエッチングストッパ膜６１およびその下地である磁化自由層３が、２００℃程度あるいはさらにそれよりも高温になる場合がある。そのため、本実施形態に係る光変調素子１は、磁化自由層３に、耐熱性に優れた磁性材料が適用される。
【００４６】
（イオン照射工程、配線形成工程）
本実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、イオン照射工程Ｓ３２を、配線形成工程Ｓ４０の途中に行う。配線形成工程Ｓ４０は、光変調素子１および光変調素子１，１間の絶縁層６２の上に、第１電極５１および第２電極５２ｆが形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ３を形成する電極マスク形成工程（マスク工程）Ｓ４１を行い、イオン照射工程Ｓ３２を行った後に、金属電極材料を成膜する電極成膜工程（電極形成工程）Ｓ４３と、レジストマスクＰＲ３を除去するリフトオフ工程Ｓ４４と、を行う。さらに配線形成工程Ｓ４０は、絶縁膜（層間絶縁膜）を成膜する電極間絶縁膜成膜工程Ｓ４５および層間絶縁膜成膜工程Ｓ４７と、層間絶縁膜に第２電極５２のコンタクト部５２ｃおよび配線層５２ｄを埋め込む孔および溝を形成する層間絶縁膜除去工程Ｓ４８と、金属電極材料を成膜してコンタクト部５２ｃおよび配線層５２ｄを形成する配線形成工程Ｓ４９と、を行う。
【００４７】
光変調素子１および光変調素子１，１間の絶縁層６２の上に、第１電極（Ｘ配線）５１、および第２電極５２の接続層５２ｆが形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ３を形成する（Ｓ４１、図７（ａ））。次に、イオン照射工程Ｓ３２として、第１磁化固定層１１の設けられた側である左方に傾斜した入射角θib（０°＜θib＜９０°）でイオンビームを照射する（図７（ｂ））。非垂直にイオンビームを照射することにより、レジストマスクＰＲ３の空いた第１電極５１が形成される領域の、一部に設けられた第１磁化固定層１１は、その上の保護膜４１を透過して到達したイオンＮｇ+により保磁力がＨcp2からＨcp1に低下する（Ｈcp1＜Ｈcp2）。一方、第２磁化固定層１２は、レジストマスクＰＲ３で被覆されていなくても、左側のレジストマスクＰＲ３の影（図７（ｂ）で網掛けを付した領域）になってイオンＮｇ+が到達せず、保磁力がＨcp2のままで変化しない。その結果、互いに大きさの異なる保磁力Ｈcp1，Ｈcp2の第１磁化固定層１１と第２磁化固定層１２になる。
【００４８】
このように、イオンＮｇ+が第１磁化固定層１１に照射され、かつ、第２磁化固定層１２には照射されないように、レジストマスクＰＲ３のパターン形状、すなわち電極５１，５２ｆの平面視形状（Ｘ方向長）が前記したように設計される。具体的には、第１電極（Ｘ配線）５１は、幅方向（Ｘ方向）に、第１磁化固定層１１の外側（光変調素子１における外側）へ、第２磁化固定層１２のＸ方向長ｘp以上に拡張させて、第１磁化固定層１１の２倍以上の幅（２ｘp＋α）に設計される。そして、このパターン形状およびレジストマスクＰＲ３の厚さｔに応じて、イオンビームの入射角θibを、ｘp／ｔ≦ｔａｎθib≦(ｘp＋α)／ｔが成立するように設定する。したがって、イオンＮｇ+が第１磁化固定層１１の全体に照射され、かつ、第２磁化固定層１２に照射されないために、レジストマスクＰＲ３の厚さｔ等の誤差を加味して、第１電極５１がマージンαを大きく設けた幅（２ｘp＋α）に設計されることが好ましい。なお、レジストマスクＰＲ３は、後続の電極成膜工程Ｓ４３により、第１電極（Ｘ配線）５１および第２電極５２ｆをリフトオフにより成形するためのものなので、厚さｔが、Ｘ配線５１の厚さの２倍程度以上に設定されることが好ましい。
【００４９】
あるいは、イオンビームをＸ配線５１の延設方向であるＹ方向におけるいずれか一方に傾斜させて照射してもよい。本実施形態において、イオン照射工程Ｓ３２におけるマスク（レジストマスクＰＲ３）は、第１磁化固定層１１上には、Ｘ配線５１を成形するためのＹ方向に沿って連続した溝状の孔が形成され、第２磁化固定層１２上には、第２電極５２の接続層５２ｆを成形するための、当該第２磁化固定層１２の１個毎に囲われた孔が形成されている。そのため、イオンビームを溝に沿って傾斜させて照射することにより、例えば光変調素子１，１間が狭く、第１磁化固定層１１に対してＸ配線５１を十分に幅広に設けられない場合も、イオンＮｇ+が第２磁化固定層１２に照射されないように第１磁化固定層１１に照射することが容易になる。具体的には、第２磁化固定層１２のＹ方向長をｙpで表し、接続層５２ｆの、第２磁化固定層１２の外側へＹ方向における一方に拡張した長さをβ（≧０）で表すと、ｔａｎ|θib|≧(ｙp＋β)／ｔを満足すればよい。さらに、空間光変調器１０において、第１磁化固定層１１同士、第２磁化固定層１２同士が隣り合うように、光変調素子１を配列することもできる。
【００５０】
イオンの照射には、例えば公知のイオンビームスパッタ装置やイオンビームミリング装置を用いることができ、ビーム電圧（加速電圧）を一般的なエッチング等の処理よりも低く設定する。これらの装置は、光変調素子１等が形成された基板８を載置した台を傾斜させることにより、イオンビームの入射角θibを０°（垂直）から最大６０°程度まで、装置によっては９０°程度まで設定することができる。イオン種としては、Ｎ，Ｇａ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅが挙げられ、特に原子サイズがある程度大きいＧａ，Ｋｒが好ましい。小さい（軽い）イオンは照射対象物の深部まで到達し易い。本実施形態に係る光変調素子１のように、第１磁化固定層１１のような厚さ数十ｎｍ以下の薄膜への照射であって、その下に厚さ数ｎｍ以下の中間層２１を挟んで磁化自由層３が設けられている場合には、磁化自由層３への影響を抑制するためにある程度大きい（重い）イオンが好ましい。イオン種および照射条件は、第１磁化固定層１１の磁性材料および保磁力の目標値に応じて選択される（特許文献８参照）。保磁力の低下が少ないと、磁化固定層１１，１２間で保磁力の差が小さく、２段階の磁界印加により互いに異なる磁化方向に固定することが困難である。反対に、保磁力が減少し過ぎると、磁化固定層として保磁力が小さくなり過ぎる。
【００５１】
例えばＴｂＦｅＣｏであれば、前記したように、イオン照射によるエネルギーが大きいほど保磁力の低下が大きくなり、２４０〜３６０Ｊ程度とすることが好ましい。具体的には、図８に示すように、厚さ２０ｎｍのＴｂＦｅＣｏ膜に入射角３１°でＡｒ+イオンを６０秒間照射したとき、ビーム電圧（加速電圧）が高いほど保磁力が低下する。詳しくは、ＳｉＯ2基板に、光変調素子１を模擬した積層膜として、下から、下地膜：ＭｇＯ（１０ｎｍ）、磁化自由層：ＧｄＦｅ（９ｎｍ）／Ｇｄ（０．２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．３ｎｍ）、障壁層：ＭｇＯ（０．８ｎｍ）、磁化固定層：ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）／ＴｂＦｅＣｏ（２０ｎｍ）、保護膜：Ｒｕ（３ｎｍ）を順に積層して作製したサンプルに、Ａｒ+イオンを照射して保磁力を測定したものである。このＡｒ+イオンを照射したサンプルに５ｋＯｅの外部磁界を印加して初期化し、波長７８０ｎｍのレーザー光を入射角０°で入射して、サンプルからの反射光の偏光の向き（カー回転角）を、垂直磁界Ｋｅｒｒ効果測定装置で測定しながら、逆向きの磁界を漸増させながら印加して、偏光の向きが変化したときの磁界を測定して保磁力とした。後記の空間光変調器１０の初期設定にて磁化固定層１１，１２が互いに異なる磁化方向になるように、イオンを照射されない第２磁化固定層１２に対して第１磁化固定層１１の保磁力を十分に小さくするために、ビーム電圧は２００Ｖ以上が好ましい。一方、ビーム電圧が３００Ｖを超えて高くなると、イオンビームのスパッタ作用が強くなって、保護膜４１が過剰に薄肉化され、第１磁化固定層１１が保護されずに劣化する虞があり、また、第１磁化固定層１１の下に設けられた磁化自由層３にイオンが到達して磁気特性や電気抵抗特性に影響を生じる虞がある。したがって、磁化固定層１１，１２がＴｂＦｅＣｏで形成され、Ａｒ+イオンを６０秒間照射する場合においては、ビーム電圧は２００〜３００Ｖ程度とすることが好ましい。
【００５２】
前記したようにイオンビームにはスパッタ作用があるため、イオンを照射された領域は、図７（ｂ）に示すように保護膜４１が減肉する。照射条件にもよるが、保護膜４１のような金属膜のイオン照射によるエッチング（減肉）厚さは数ｎｍ以下である。したがって、磁化固定層成膜工程Ｓ２５において、保護膜４１，４２を構成する金属膜を第１磁化固定層１１へのイオン照射が妨げられない程度に厚く成膜して、イオン照射工程Ｓ３２後に、保護膜４１を十分な厚さに、具体的には１ｎｍ以上残存させることが好ましい。
【００５３】
次に、金属電極材料を成膜して（Ｓ４３）、第１電極（Ｘ配線）５１および第２電極５２の接続層５２ｆを形成し、レジストマスクＰＲ３をその上の金属電極材料ごと除去する（Ｓ４４、図７（ｃ））。そして、ＳｉＯ2等の絶縁膜を全面に成膜して、第１電極５１と第２電極５２の接続層５２ｆとの間（電極間）、およびその上の配線層５２ｄとの間（層間）に、絶縁膜（絶縁層６５）を形成する（Ｓ４５，Ｓ４７、図７（ｄ））。以降、公知の半導体装置等の配線の形成方法と同様に、層間絶縁膜を加工して接続層５２ｆに接続するコンタクト部５２ｃを埋め込むための孔等を形成し（Ｓ４８）、金属電極材料を成膜して（Ｓ４９）、コンタクト部５２ｃおよび配線層５２ｄを形成して第２電極（Ｙ配線）５２とし、電極５１，５２間を絶縁層６５で埋められた空間光変調器１０が得られる。電極間絶縁膜成膜工程Ｓ４５および層間絶縁膜成膜工程Ｓ４７は、分けて行ってもよいし、まとめて１回の成膜で行ってもよい。また、層間絶縁膜成膜工程Ｓ４７の前か後に、必要に応じて、上面の絶縁膜を化学的機械研磨（ＣＭＰ）等で研削、研磨して、平坦化してもよい。
【００５４】
このように、本実施形態に係る光変調素子の製造方法により、並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子であって、保磁力の大きさが互いに異なる磁化固定層１１，１２を備える光変調素子１、および光変調素子１を２次元配列し、光変調素子１に接続する配線（電極）５１，５２を備えた空間光変調器１０を製造することができる。そして、本実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、電極５１，５２ｆを成形するためのレジストマスクＰＲ３でイオンＮｇ+に対するマスク（シールド）を形成する。すなわち、レジストマスクＰＲ３を形成する電極マスク形成工程Ｓ４１が、イオン照射工程Ｓ３２のためのマスク工程を兼ねている。
【００５５】
（空間光変調器の初期設定）
空間光変調器１０においては、すべての光変調素子１の第１磁化固定層１１が同一の磁化方向に、第２磁化固定層１２がその逆向きの磁化方向に、それぞれ固定されている必要がある。磁化固定層１１，１２は外部からの電流供給では磁化反転しないため、外部磁界を印加して空間光変調器１０の初期設定を行う。
【００５６】
光変調素子１は、第１磁化固定層１１の保磁力Ｈcp1よりも第２磁化固定層１２の保磁力Ｈcp2が大きい（Ｈcp1＜Ｈcp2）。そこで、まず、空間光変調器１０に、Ｈcp2よりも大きい外部磁界を例えば下向きに印加して、すべての磁化固定層１１，１２の磁化方向を下向きにする。次に、Ｈcp2よりも小さくかつＨcp1よりも大きい外部磁界を上向きに印加して、第１磁化固定層１１の磁化方向を上向きにする。この２段階の磁界印加は、完成した（製造後の）空間光変調器１０に限られず、光変調素子１の製造工程途中において、磁化固定層１１，１２に、または磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜にイオンを照射するイオン照射工程Ｓ３２後以降であれば、どの段階であっても実施することができる。
【００５７】
（第１実施形態の変形例：配線形成工程）
第１実施形態に係る光変調素子を搭載した空間光変調器の製造においては、配線を、以下の配線形成工程Ｓ４０Ａのようにダマシンプロセス技術により形成してもよく、図９、図１０を参照して説明するように、途中でイオン照射工程Ｓ３２を行うことができる。
【００５８】
配線形成工程Ｓ４０Ａは、図９に示すように、光変調素子１および光変調素子１，１間の絶縁層６２Ａの上に絶縁層６５を成膜する電極間絶縁膜成膜工程Ｓ４５と、第１電極５１および第２電極５２ｆが形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ３を形成する電極マスク形成工程（マスク工程）Ｓ４１と、絶縁層６５をエッチングする電極間絶縁膜除去工程Ｓ４２と、を行い、イオン照射工程Ｓ３２を行った後に、金属電極材料を成膜する電極成膜工程（電極形成工程）Ｓ４３と、レジストマスクＰＲ３を除去するリフトオフ工程Ｓ４４と、を行う。さらに、配線形成工程Ｓ４０Ａは、絶縁膜を成膜する層間絶縁膜成膜工程Ｓ４７と、絶縁膜に第２電極５２のコンタクト部５２ｃおよび配線層５２ｄを埋め込む孔および溝を形成する層間絶縁膜除去工程Ｓ４８と、金属電極材料を成膜して配線層５２ｄを形成する配線形成工程Ｓ４９と、を行う。
【００５９】
光変調素子１および光変調素子１，１間の絶縁層６２Ａの上に、第１電極（Ｘ配線）５１の厚さに合わせてＳｉＯ2膜等で絶縁層６５を成膜する（Ｓ４５）。この絶縁層６５の上に、Ｘ配線５１、および第２電極５２の接続層５２ｆが形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ３を形成し（Ｓ４１、図１０（ａ））、ＲＩＥ等によりＳｉＯ2膜を除去して（Ｓ４２）、光変調素子１の保護膜４１，４２を露出させる（図１０（ｂ））。次に、イオン照射工程Ｓ３２として、第１実施形態と同様に、左方にまたはＹ方向に傾斜した入射角θib（＞０°）でイオンビームを照射して、第１磁化固定層１１の保磁力を低減させる。本変形例においては、光変調素子１上の絶縁層６５およびその上のレジストマスクＰＲ３のパターンを、第２磁化固定層１２へのマスク（シールド）とし、また、レジストマスクＰＲ３は、電極間絶縁膜除去工程Ｓ４２で絶縁層６５のエッチングに伴い減肉される。そのため、電極間絶縁膜除去工程Ｓ４２の後に行うイオン照射工程Ｓ３２におけるレジストマスクＰＲ３の厚さを管理し、絶縁層６５の厚さ（Ｘ配線５１の厚さ）との和ｔに応じて、イオンビームの入射角θibを設定する。
【００６０】
次に、金属電極材料を成膜して（Ｓ４３）、第１電極（Ｘ配線）５１および第２電極５２の接続層５２ｆを形成し、レジストマスクＰＲ３をその上の金属電極材料ごと除去する（Ｓ４４）。これらの工程により、図１０（ｃ）に示すように、絶縁層６５により、上面全体が平坦に形成される。そして、層間絶縁膜（絶縁層６５）としてＳｉＯ2等の絶縁膜を全面に成膜する（Ｓ４７）。以降、公知の半導体装置等の配線の形成方法と同様に、層間絶縁膜を加工して接続層５２ｆに接続するコンタクト部５２ｃを埋め込むための孔等を形成し（Ｓ４８）、金属電極材料を成膜して（Ｓ４９）、コンタクト部５２ｃおよび配線層５２ｄを形成して第２電極（Ｙ配線）５２とし、電極５１，５２間を絶縁層６５で埋められた空間光変調器１０が得られる。なお、絶縁層６２Ａは、絶縁層６２と同様の無機絶縁材料であり、絶縁層６１に対してエッチング選択性が十分に高いことに加えて、電極間絶縁膜除去工程Ｓ４２において、絶縁層６５のエッチングストッパ膜になる（例えば、絶縁層６１：ＭｇＯ、絶縁層６２Ａ：Ｓｉ−Ｎ、絶縁層６５：ＳｉＯ2）。あるいは、絶縁層６５を成膜する前にエッチングストッパ膜（図示せず）を成膜してもよい。このような構成にすることにより、電極５１，５２ｆが磁化固定層１１，１２よりも平面視形状が大きくても、電極間絶縁膜除去工程Ｓ４２で絶縁層６２まで除去することがない。
【００６１】
配線形成工程Ｓ４０Ａにおいては、イオン照射工程Ｓ３２の前にレジストマスクＰＲ３を除去して、電極成膜工程Ｓ４３の次に、ＣＭＰ等で絶縁層６５上の金属電極材料を除去する平坦化処理を行ってもよい（リフトオフ工程Ｓ４４を行わない）。この場合は、電極間絶縁膜除去工程Ｓ４２で成形された絶縁層６５（図１０（ｂ））がイオン照射工程Ｓ３２においてマスクになる。
【００６２】
〔第１実施形態の変形例：光変調素子およびその製造方法〕
光変調素子１の中間層２１，２２がＴＭＲ素子の障壁層である場合は、中間層２１，２２を、ＭｇＯやＡｌ2Ｏ3で形成して、磁化固定層形成工程Ｓ２０の絶縁膜除去工程Ｓ２３（図３、図６（ｂ）参照）において絶縁層６２のエッチングストッパ膜とすることができる。このような光変調素子１Ａ（図１３（ｄ）参照）は、図１１に示すように、磁化固定層形成工程Ｓ２０Ａにおいて、絶縁膜除去工程Ｓ２３の後にエッチングストッパ膜除去工程Ｓ２４を行わず、次の磁化固定層成膜工程Ｓ２５Ａにて中間層２１，２２を構成する材料を成膜せずに製造することができる。したがって、光変調素子１Ａは、磁化自由層３上に直接に積層されたエッチングストッパ膜（障壁層２Ａ）を除去する必要がないので、磁化自由層３にＲＥ−ＴＭ合金を適用することができる。以下、図１１〜１３を参照して、第１実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法、およびこの製造方法にて製造される光変調素子（以下、適宜、第１実施形態の変形例に係る光変調素子と称する）について説明する。本変形例に係る光変調素子の製造方法および光変調素子においては、第１実施形態（図１〜７参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００６３】
（光変調素子）
第１実施形態の変形例に係る光変調素子１Ａは、２個のＴＭＲ素子を、それぞれの磁化自由層を拡張させて接続し、また、障壁層（中間層２１，２２）同士の間の絶縁層を当該障壁層と一体にした１つの障壁層２Ａを備えた構造である。すなわち、光変調素子１Ａは、中間層２１，２２に代えて、磁化自由層３の上面全体に１つの障壁層２Ａが積層されていること以外は、図２に示す光変調素子１と同様の積層構造である。
【００６４】
光変調素子１Ａは、第１実施形態に係る光変調素子１について説明した通り、各層の平面視形状および面積が、磁化反転動作を好適に行い、かつ光変調素子として十分な大きさになるように形成される。ただし、本変形例に係る光変調素子１Ａは、図１３（ｃ）、（ｄ）に示すように、平面視で、磁化自由層３および障壁層２Ａが、磁化固定層１１，１２の外側に拡張して形成されている。これは、後記の製造方法で説明するように、磁化固定層１１，１２の形成において、磁化自由層３と同一形状の障壁層２Ａがエッチングストッパ膜になるように、磁化固定層１１，１２が設けられる領域全体に確実に障壁層２Ａが形成されているようにするためである。したがって、フォトリソグラフィやエッチングの装置の寸法精度等に応じて、磁化自由層３および障壁層２Ａの平面視形状を設計することが好ましい。また、ＲＥ−ＴＭ合金を適用した磁化自由層３の側面に接触する絶縁層６（６４）がＳｉＯ2等の酸化膜であっても、磁化固定層１１，１２を積層した領域とこれらに挟まれた領域とまで保磁力等の特性が劣化せず、光変調素子１Ａの磁化反転動作に影響し難い。さらに、障壁層２Ａが、磁化自由層３と共に磁化固定層１１，１２の外側の四方すべてに拡張されていることにより、磁化固定層１１，１２の端部から絶縁層６（Ｓｉ−Ｎ膜）を介して磁化自由層３にリーク電流が流れることを抑制することができる。磁化自由層３は、磁化固定層１１，１２を積層した領域とこれらに挟まれた領域とが原則的に磁化反転する。一方、このような形状の光変調素子１Ａにおいて、磁化自由層３の前記領域以外の外側に拡張した領域は、前記磁化固定層１１，１２を積層した領域等との磁気的な結合により一体に磁化反転するが、形状（大きさ）や材料等によっては、反磁界等の影響により磁化反転しない場合がある。そのため、光変調素子１Ａにおいては、磁化自由層３の外側に拡張した領域の長さを、入射光の回折限界未満に設計することが好ましい。
【００６５】
磁化固定層１１，１２、および磁化自由層３のそれぞれの材料は、光変調素子１と同様である。ただし、本変形例に係る光変調素子１Ａは、磁化自由層３に、ＲＥ−ＴＭ合金、特に磁気光学効果の大きいＧｄ−Ｆｅを適用することができる。一方、障壁層２Ａは、絶縁層６２のエッチングストッパ膜としても作用させるため、ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3が適用され、特にエッチングレートの遅いＭｇＯが好ましく、また、厚さを１ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００６６】
本変形例に係る光変調素子１Ａを配列した空間光変調器は、第１実施形態に係る光変調素子を配列した空間光変調器１０（図１参照）と同様の構造である。ただし、光変調素子１Ａ，１Ａ間に、光変調素子１Ａ内の間隙に設けられる絶縁層６１，６２とは別工程により絶縁層６４が設けられる。絶縁層６４は、絶縁層６２と同様、ＳｉＯ2等の公知の無機絶縁材料であり、絶縁層６２と同一の材料でもよい。また、必要に応じて、基板８の表面全体にエッチングストッパ膜６１が形成されている。
【００６７】
図１１に示すように、第１実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法は、磁化自由層３および障壁層２Ａ、ならびに光変調素子１Ａ，１Ａ間を埋める絶縁層６４を形成する磁化自由層形成工程Ｓ１０Ａと、障壁層２Ａ上に磁化固定層１１，１２を形成する磁化固定層形成工程Ｓ２０Ａと、第１磁化固定層１１にイオンを照射するイオン照射工程Ｓ３２（図４、図９参照）と、を行う。以下、光変調素子１Ａを形成するための各工程について、特に第１実施形態に係る光変調素子の製造方法と相違する工程を詳細に説明する。
【００６８】
（磁化自由層形成工程）
磁化自由層形成工程Ｓ１０Ａは、絶縁層６４を成膜する絶縁膜成膜工程Ｓ１５Ａと、磁化自由層３が形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ１Ａを形成する磁化自由層マスク形成工程Ｓ１３Ａと、絶縁層６４をエッチングする絶縁膜除去工程Ｓ１６と、磁化自由層３および障壁層２Ａを構成する材料を成膜する磁化自由層成膜工程Ｓ１１Ａと、絶縁層６２を成膜する絶縁膜成膜工程Ｓ２１と、レジストマスクＰＲ１Ａを除去するリフトオフ工程Ｓ１７Ａと、を行う。
【００６９】
まず、基板８上に、エッチングストッパ膜６１としてＭｇＯ膜を成膜し、引き続いて、ＳｉＯ2やＳｉ−Ｎ等からなる絶縁層６４を、光変調素子１Ａの全体の厚さに合わせて成膜する（Ｓ１５Ａ）。なお、基板８の材料が絶縁層６４に対してエッチング選択性が十分に低い場合は、エッチングストッパ膜６１は設けなくてもよい。次に、絶縁層６４上に、磁化自由層３が形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ１Ａを形成し（Ｓ１３Ａ、図１２（ａ））、絶縁層６４をエッチングして除去する（Ｓ１６、図１２（ｂ））。このとき、ＲＩＥのようなエッチング選択性の高い方法で、絶縁層６４のみを完全に除去して、エッチング面（エッチングストッパ膜６１表面または基板８表面）が平滑に形成されるようにすることが好ましい。そして、下地膜４３を構成する金属膜、磁化自由層３を構成する磁性膜、および障壁層２Ａを構成するＭｇＯ膜を連続して順次成膜して（Ｓ１１Ａ）、絶縁層６４のエッチング跡に埋め込んで、下地膜４３、磁化自由層３、障壁層２Ａを形成する。引き続いて、絶縁層６２としてＳｉ−Ｎ膜を、磁化固定層１１，１２および保護膜４１，４２の合計の厚さに合わせて成膜する（Ｓ２１、図１２（ｃ））。その後に、レジストマスクＰＲ１Ａをその上の磁性膜等ごと除去する（Ｓ１７Ａ）。磁化自由層形成工程Ｓ１０Ａにより、図１２（ｄ）に示すように、基板８上に、光変調素子１Ａ毎に磁化自由層３および障壁層２Ａが形成され、さらにこれらの間および上に絶縁層６（６２，６４）が積層され、上面全体がほぼ平坦に形成される。
【００７０】
（磁化固定層形成工程）
磁化固定層形成工程Ｓ２０Ａは、第１磁化固定層１１および第２磁化固定層１２が形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ２を絶縁膜上に形成する磁化固定層マスク形成工程Ｓ２２と、絶縁層６２をエッチングする絶縁膜除去工程Ｓ２３と、磁化固定層１１，１２を構成する材料を成膜する磁化固定層成膜工程（磁性膜成膜工程）Ｓ２５Ａと、レジストマスクＰＲ２を除去するリフトオフ工程Ｓ２７と、を行う。
【００７１】
絶縁層６２，６４の上に、第１磁化固定層１１および第２磁化固定層１２が形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ２を形成し（Ｓ２２、図１３（ａ））、絶縁層６２をエッチングして除去して（Ｓ２３）、障壁層２Ａを露出させる（図１３（ｂ））。このとき、ＲＩＥ等でエッチングすることにより、エッチング面（障壁層２Ａ表面）が平滑に形成されるようにする。また、エッチング選択性の高いエッチングは加工ダメージが小さいので、極めて薄い障壁層２Ａの下に設けられている磁化自由層３へのダメージが抑えられる。また、本変形例においては、磁化固定層１１，１２の全体が障壁層２Ａの上に設けられるように、障壁層２Ａおよびその下の磁化自由層３が平面視を大きく形成されているので、エッチング面全体に障壁層２Ａが設けられて、平坦に形成される。そして、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜、および保護膜４１，４２を構成する金属膜を連続して成膜して（Ｓ２５Ａ）、絶縁層６２のエッチング跡に埋め込んで、磁化固定層１１，１２および保護膜４１，４２を形成する（図１３（ｃ））。このとき、磁性膜の成膜前に、障壁層２Ａの表面へエッチングされない程度にイオン等を照射してクリーニングすることが好ましい。その後に、レジストマスクＰＲ２をその上の磁性膜等ごと除去する（Ｓ２７）。第１実施形態と同様、磁化固定層形成工程Ｓ２０Ａにより、図１３（ｄ）に示すように、磁化自由層３および障壁層２Ａの上に、保磁力が同等な磁化固定層１１，１２が積層されて光変調素子１Ａが形成され、さらにこれらの間を埋める絶縁層６２，６４により、上面全体がほぼ平坦に形成される。
【００７２】
本変形例に係る光変調素子の製造方法において、磁化自由層形成工程Ｓ１０Ａ、磁化固定層形成工程Ｓ２０Ａを行った後は、第１実施形態と同様に、イオン照射工程Ｓ３２を、配線形成工程Ｓ４０（図４、図７参照）または配線形成工程Ｓ４０Ａ（図９、図１０参照）の途中に行って、光変調素子１Ａを配列した空間光変調器１０が得られる。
【００７３】
第１実施形態に係る光変調素子の製造方法で製造される光変調素子１が、変形例に係る光変調素子１Ａのように、平面視で磁化自由層３が磁化固定層１１，１２および中間層２１，２２の外側に拡張して形成されていてもよい。この場合は、磁化固定層形成工程Ｓ２０の絶縁膜除去工程Ｓ２３（図３、図６（ｂ）参照）において、磁化自由層３の上に形成された絶縁層６１ａのみがエッチングストッパ膜になる。したがって、磁化自由層形成工程Ｓ１０の絶縁膜成膜工程Ｓ１５（図３、図５（ｃ）参照）において、磁化自由層３，３間に埋め込む絶縁膜（図５（ｃ）における絶縁層６１ｂ）はエッチング選択性を問われず、ＳｉＯ2等を適用することがきる。さらに、光変調素子１についても、変形例に係る光変調素子の製造方法の磁化自由層形成工程Ｓ１０Ａのように、磁化自由層３を形成する（Ｓ１１）前に、光変調素子１，１間の絶縁層６４を成膜して（Ｓ１５Ａ）形成することができる。
【００７４】
〔第１実施形態：磁壁移動素子〕
第１実施形態に係る光変調素子の製造方法によれば、磁化自由層３が磁壁移動により磁化方向の変化する磁壁移動素子を製造することもできる。保磁力が比較的小さく、細線状に形成された磁性膜（磁性細線）は、その細線方向に区切る磁壁が生成している状態において、細線方向に電流が供給されると、電流と逆向きに磁壁が移動するため、磁壁が移動した領域で磁化方向が変化する（特許文献５，６参照）。以下、磁壁移動素子からなる光変調素子、およびこのような光変調素子を備える空間光変調器について説明する。
【００７５】
磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｂは、図１４に示す空間光変調器１０Ｂの画素として搭載され、磁化自由層３に代えて、磁性膜を細線状に成形した磁性細線（磁化自由層）３Ｂを備え、その上に直接に第１磁化固定層１１および第２磁化固定層１２を積層して備える。このような構成により、磁性細線３Ｂにおける、磁化固定層１１，１２が積層された両端の領域は、磁化固定層１１，１２が磁気的に結合して磁化固定層１１，１２のそれぞれの磁化方向に固定される。あるいは、光変調素子１の中間層２１，２２に代えて、磁性細線３Ｂを磁化固定層１１，１２に磁気的に結合させるＲｕ，Ｔａ等の非磁性金属からなる厚さ１〜１０ｎｍ程度の磁気結合膜を設けてもよい（図示せず）。なお、図１４（ｂ）においては、光変調素子１Ｂの磁化固定層１１，１２および磁性細線３Ｂのそれぞれにおける磁化方向を矢印で表す。
【００７６】
光変調素子１Ｂにおいて、磁化固定層１１，１２は、前記の並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子からなる光変調素子１における磁化固定層１１，１２と、磁性細線３Ｂは磁化自由層３と、それぞれ同様の磁性材料を適用することができる。また、磁性細線３Ｂは、細線方向にのみ磁区が分割され易いように、厚さ７０ｎｍ以下、幅（細線幅）３００ｎｍ以下であることが好ましく、厚さおよび幅に対して十分に長い細線状に形成される。そして、磁化固定層１１，１２は、このような磁性細線３Ｂを磁気的に結合する大きさに形成される。一方で、磁性細線３Ｂは、磁化固定層１１，１２が積層されたそれぞれの領域の間の領域（図１４（ｂ）に示す磁壁移動領域３DWM）のみにおいて磁化方向が変化するので、磁化固定層１１，１２間の距離を入射光の回折限界以上に設計する。また、図１４（ａ）においては、磁性細線３Ｂは、平面視形状がまっすぐな帯状（長方形）であるが、これに限られず、例えば、磁壁移動領域３DWMにおける、両端部（磁化固定層１１，１２を積層される領域との境界）またはその近傍に、括れを形成したり、屈曲させてもよい。これらの括れや屈曲部は、磁壁を係止させるトラップになるため、前記両端部近傍に形成された場合は、磁性細線３Ｂの磁化方向が両トラップ間の領域において変化する。また、磁性細線３Ｂは、磁壁移動領域３DWMにおいて前記した厚さや幅であればよく、磁化固定層１１，１２を積層される領域が異なる幅等に形成されていてもよい。さらに磁性細線３Ｂは、磁壁移動領域３DWMが、厚さおよび幅に対して十分に緩やかな曲線（小さな曲率）であれば、例えば円弧状でもよい。
【００７７】
（磁壁移動素子を搭載した空間光変調器、磁壁移動素子の製造方法）
光変調素子１Ｂは、光変調素子１と同様に基板８上に２次元アレイ状に配列されて、それぞれの磁化固定層１１，１２に第１電極５１Ｂ、第２電極５２Ｂが一対の電極として接続されて空間光変調器１０Ｂとすることができる。詳しくは図１４に示すように、空間光変調器１０Ｂは、光を透過する基板８と、基板８上に２次元アレイ状に配列された光変調素子１Ｂと、平面（底面）視でＹ方向に延設して光変調素子１Ｂに接続する第１電極（Ｘ配線）５１Ｂと、光変調素子１Ｂに接続する第２電極５２Ｂと、Ｘ方向に延設したＹ配線５４と、Ｙ方向に延設したゲート配線５５と、光変調素子１Ｂ，１Ｂ間ならびに電極５１Ｂ，５２Ｂおよび配線５４，５５のそれぞれの間を絶縁する絶縁層６と、を備える。さらに空間光変調器１０Ｂは、光変調素子１Ｂのそれぞれに第２電極５２Ｂで接続するトランジスタ７１（図１５参照）を備える。なお、図１４において、絶縁層６は透明であるとして表し、また、図１４（ａ）において、基板８は輪郭線のみを示す。また、図１４（ａ）に示すように、空間光変調器１０Ｂは、画素の有効領域（光変調させる領域）である光変調素子１Ｂの磁壁移動領域３DWMを広く設けるために、光変調素子１Ｂが、磁性細線３Ｂの細線方向を面内で４５°傾斜させて配置されている。また、空間光変調器１０Ｂは、空間光変調器１０と同様に、４行×４列の１６個の画素（光変調素子）を配列した構成で例示される。
【００７８】
図１５に示すように、空間光変調器１０Ｂは、光変調素子１Ｂ毎にトランジスタ７１を接続した、選択トランジスタ型のＭＲＡＭと同じ回路構造であり、ＭＲＡＭにおける選択したメモリセルへの書込みと同様に、所望の画素を選択して、光変調素子１Ｂの磁性細線３Ｂの磁壁移動領域３DWMにおける磁化方向を変化（反転）させることができる。なお、光変調素子１Ｂは抵抗値が変化しないが、図１５では、符号「１」を付した可変抵抗器の図記号で表される。このような構造の空間光変調器１０Ｂは、光変調素子１Ｂの上方にトランジスタ７１（図１４では省略）を配列して備え、第２電極５２Ｂで光変調素子１Ｂ（第２磁化固定層１２）がトランジスタ７１のドレインに接続する。そのために、第２電極５２Ｂは、画素毎に上下にわたるように、第２磁化固定層１２に直接に接続する接続層５２ｆ、およびその上のコンタクト部５２ｃ、中継層５２ｂ等からなり、光変調素子１Ｂにトランジスタ７１を電気的に接続する。中継層５２ｂは、後記するように、基板８上の光変調素子１Ｂ上と別の基板上のトランジスタ７１上とにそれぞれ形成されて、基板同士の貼り合わせにより接合されてなり、貼り合わせ方法に応じた構造（金属電極材料、厚さ、平面視での形状および互いの間隔）に形成される。さらにトランジスタ７１のソースとゲートに、互いに直交するＹ配線（ソース線）５４とゲート配線（ワード線）５５が接続する。空間光変調器１０Ｂの書込みは、選択した画素におけるＸ配線５１ＢとＹ配線５４を経由して直流パルス電流を供給し、さらにゲート配線５５を経由してトランジスタ７１にゲート電圧を印加することによりＹ配線５４に光変調素子１Ｂを電気的に接続する。
【００７９】
トランジスタ７１は、基板８とは別の、Ｓｉ基板等の表層に配列されたＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）がこの基板（後記の図２７（ｂ）に上下反転して示す基板７０）ごと貼り合わされて光変調素子１Ｂに接続される（図１４（ｂ）に貼り合わせ面を一点鎖線で表す）。あるいは、トランジスタ７１は、光変調素子１Ｂの上に成膜した多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）で形成することができる。Ｙ配線５４およびゲート配線５５は、電極５１Ｂ，５２Ｂと同様に金属電極材料で形成される。なお、図１４（ｂ）においては、空間光変調器１０Ｂの上部に設けられた、Ｙ配線５４、ゲート配線５５、およびトランジスタ７１（基板７０）とそれに接続する第２電極５２Ｂの部分は省略する。空間光変調器１０Ｂは、最上層に、基板７０がトランジスタ７１を形成された面を下に向けて設けられ、トランジスタ７１とＸ配線５１Ｂとの間にＹ配線５４およびゲート配線５５がそれぞれ層間絶縁膜（絶縁層６）を挟んで設けられ、この層間絶縁膜を上下に貫通して光変調素子１Ｂとトランジスタ７１とを接続する第２電極５２Ｂが設けられる。基板７０については、第５実施形態にて詳細に説明する。
【００８０】
前記したように、空間光変調器１０Ｂは、Ｘ、Ｙ方向に２次元配列された光変調素子１Ｂのそれぞれが、磁性細線３Ｂの細線方向を面内で４５°傾斜させ、図１４（ａ）では、第１磁化固定層１１を左下に、第２磁化固定層１２を右上にして配置されている。このような配置、配列により、前記細線方向において、隣り合う光変調素子１Ｂ，１Ｂの磁化固定層１１，１２間の距離が短く、同じ光変調素子１Ｂにおける間隔の方が長い。そのため、空間光変調器１０Ｂにおいて、光変調素子１Ｂの磁化固定層１１，１２のそれぞれの上に直接に設けられる第１電極（Ｘ配線）５１Ｂ、第２電極５２Ｂの接続層５２ｆは、図１４（ａ）に示すような平面視形状に形成される。詳しくは、第１電極５１Ｂは、左隣の光変調素子１Ｂ（第２磁化固定層１２）との短絡を避けて、磁性細線３Ｂの細線方向における内側でＹ方向に延設した帯状で、局所的に外側へ張り出して第１磁化固定層１１に接続し、さらに第１磁化固定層１１へのイオン照射のために、磁性細線３Ｂの細線方向に沿って内側へ張り出して形成される。一方、第２電極５２Ｂの接続層５２ｆは、第１電極５１Ｂとの短絡を避けるために矩形の右上の角を切り欠いた、接続する第２磁化固定層１２に対してほとんど拡張しない形状に形成される。
【００８１】
第１電極５１Ｂおよび第２電極５２Ｂの接続層５２ｆがこのような形状に設計されていることにより、光変調素子１Ｂは、前記の第１実施形態およびその変形例に係る光変調素子の製造方法（図３〜７、図９，１０参照）で製造することができる。すなわち、電極５１Ｂ，５２ｆの形成のためのレジストマスクＰＲ３（図７、図１０参照）をイオン照射工程Ｓ３２（図４、図９参照）におけるマスクとして、イオンビームを磁性細線３Ｂの細線方向に沿って内側（第２磁化固定層１２の側）から傾斜させて照射することにより、第１磁化固定層１１のみにイオンを照射することができる。さらに、光変調素子１Ｂの製造は、磁化自由層成膜工程Ｓ１１で、磁化自由層３に代えて磁性細線３Ｂを構成する磁性膜を成膜し、磁化固定層成膜工程Ｓ２５（図６（ｄ）参照）で、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜、および保護膜４１，４２を構成する金属膜を成膜する。
【００８２】
空間光変調器１０Ｂの製造方法は、空間光変調器１０と同様に、基板８上に、光変調素子１Ｂ、第１電極（Ｘ配線）５１Ｂおよび第２電極５２Ｂを形成し、その際、第２電極５２の配線層５２ｄに代えて中継層５２ｂを上面（図１４（ｂ）に示す一点鎖線）に露出させて形成し、その周囲を絶縁層６５で平坦に形成する。一方、表層にＭＯＳＦＥＴでトランジスタ７１を形成したＳｉ基板（基板７０）上に、Ｙ配線５４、ゲート配線５５、ならびに、基板８上に形成したものとは別に、第２電極５２Ｂの中継層５２ｂを、それぞれトランジスタ７１に接続して形成し、上面（図１４（ｂ）では一点鎖線で表す下面）に中継層５２ｂを露出させてその周囲を絶縁層６５で平坦に形成する。その後、表面活性化接合や原子拡散接合等、半導体装置等の製造における公知の方法を適用して、光変調素子１Ｂ等を形成した基板８とトランジスタ７１等を形成した基板７０とを、それぞれの上面に露出した中継層５２ｂ同士が電気的に接続されるように貼り合わせて空間光変調器１０Ｂが製造される。
【００８３】
あるいは、光変調素子１Ｂ上にＸ配線５１Ｂおよび第２電極５２Ｂの接続層５２ｆを形成した後、絶縁層６５（層間絶縁膜）を成膜し、さらにその上に比較的低温で成膜の可能な多結晶シリコンでトランジスタ７１を形成してもよい。そして、トランジスタ７１，７１同士の間に形成した絶縁層（ＳｉＯ2）およびその下の絶縁層６５にホール（ビア）を形成し、このホールに埋め込んだコンタクト部５２ｃ等を経由して第２電極５２Ｂの接続層５２ｆとドレインとを接続し、また、ソースに接続するＹ配線５４、およびゲートに接続するゲート配線５５を形成して、空間光変調器１０Ｂが製造される。
【００８４】
空間光変調器１０Ｂは、選択トランジスタ型のＭＲＡＭの回路構造により、比較的低抵抗な磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｂを搭載しても、書込みにおいて電流の回り込みを排除して、効率的に書込みがされる。なお、並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子である光変調素子１，１Ａを配列した空間光変調器についても、空間光変調器１０Ｂと同様に、光変調素子１（１Ａ）毎にトランジスタ７１を接続して、図１５に示す回路構造にすることができる。これは、後記の第２実施形態以降に係る光変調素子の製造方法で製造された光変調素子１，１Ａも同様である。
【００８５】
（磁壁移動素子の変形例：磁壁移動記憶素子）
第１実施形態に係る光変調素子の製造方法で製造される磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｂは、磁性細線３Ｂの磁壁移動領域３DWMに、障壁層を挟んでさらに磁化固定層（副磁化固定層）を積層して、磁壁移動領域３DWMを磁化自由層とするＴＭＲ素子を備えた３端子型の記憶素子（磁壁移動記憶素子）とすることもできる（特許文献６参照）。このような磁壁移動記憶素子１Ｅは、図１６に示す磁気メモリ（ＭＲＡＭ）１０Ｃのメモリセルの記憶素子として搭載される。図１６（ｂ）に示すように、磁壁移動記憶素子１Ｅは、副磁化固定層１３および障壁層２３が、第１磁化固定層１１および第２磁化固定層１２と同じ磁性細線３Ｂの上側に積層されて、すなわち磁化固定層１１，１２のそれぞれと細線方向に離間してこれらの間に設けられている。
【００８６】
磁壁移動記憶素子１Ｅにおいて、磁化固定層１１，１２および磁性細線３Ｂは、前記の磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｂ（図１４参照）と同様の構成（磁性材料、寸法）とすることができる。ただし、磁壁移動記憶素子１Ｅが磁気メモリ（ＭＲＡＭ）のメモリセルの記憶素子として搭載される場合には、入射光の回折限界に制約されず、それぞれ磁化方向が保持される程度の大きさ以上に形成されればよい。具体的には、磁性細線３Ｂは、幅（細線幅）および磁壁移動領域３DWMの長さがそれぞれ数十ｎｍに微細化されてもよい。
【００８７】
また、副磁化固定層１３は、磁化固定層１１，１２と同様の構成とすることができるが、後記するように、磁化固定層１１，１２とは、形成する材料が別工程で成膜されるので、異なる磁性材料を適用されてもよい。ただし、副磁化固定層１３は、外部からの磁界印加による初期設定で、第１磁化固定層１１または第２磁化固定層１２と同じ磁化方向に固定される必要がある。そのために、副磁化固定層１３は、その保磁力が、磁化固定層１１，１２の保磁力Ｈcp1，Ｈcp2の少なくとも一方に対してある程度の差を有する、例えば他方と同程度になるように、材料や厚さ等が設計される。一方、障壁層２３は、ＴＭＲ素子の障壁層として公知の絶縁膜を適用することができ、特に、第１実施形態の変形例に係る光変調素子１Ａ（図１３（ｄ）参照）の障壁層２Ａと同様の構成であることが好ましい。このような障壁層２３であれば、後記するように、磁化固定層１１，１２の形成時（磁化固定層形成工程Ｓ２０）の絶縁膜除去工程Ｓ２３（図３、図６（ｂ）参照）でエッチングストッパ膜として機能させることができる。磁壁移動記憶素子１Ｅは、さらに、副磁化固定層１３の上に、保護膜４１，４２と同様の構成の金属膜からなる保護膜を設けることが好ましい。また、磁気メモリ１０Ｃにおいて、副磁化固定層１３は、前記保護膜を介して第３電極５３に接続される。
【００８８】
（磁壁移動記憶素子を搭載した磁気メモリ）
磁壁移動記憶素子１Ｅは、光変調素子１Ｂを配列した空間光変調器１０Ｂ（図１４参照）と同様に、基板８Ａ上に配列されて、トランジスタ７１を接続し、さらにダイオード７２（図１７参照）を接続して、磁気メモリ１０Ｃとすることができる。詳しくは図１６に示すように、磁気メモリ１０Ｃは、基板８Ａと、基板８Ａ上に２次元アレイ状に配列された磁壁移動記憶素子１Ｅと、磁壁移動記憶素子１Ｅのそれぞれに接続された第２電極５２Ｂおよび第３電極５３と、さらに電極５２Ｂ，５３に接続されたトランジスタ７１およびダイオード７２と、磁壁移動記憶素子１Ｅに接続されてＹ方向に延設した第１電極（Ｘ配線）５１と、を備える。さらに磁気メモリ１０Ｃは、Ｙ方向に延設したゲート配線５５と、Ｘ方向に延設したＹ配線５４およびビット線（ビット配線）５６と、磁壁移動記憶素子１Ｅ，１Ｅ間ならびに電極５１，５２Ｂ，５３および配線５４，５５，５６のそれぞれの間を絶縁する絶縁層６と、を備える。なお、図１６において、絶縁層６は透明であるとして表し、また、図１６（ａ）において、基板８Ａは輪郭線のみを示す。また、磁気メモリ１０Ｃは、磁壁移動記憶素子１Ｅが、磁性細線３Ｂの細線方向をＸ方向にして配置され、Ｘ方向に磁化固定層１１，１３，１２の順に並べられている。また、磁気メモリ１０Ｃは、空間光変調器１０Ｂと同様に、４行×４列の１６個のメモリセル（記憶素子）を配列した構成で例示される。
【００８９】
磁気メモリ１０Ｃは、空間光変調器１０Ｂと同様、磁壁移動記憶素子１Ｅの第１磁化固定層１１に接続する第１電極５１がＸ配線としてＹ方向に延設される。そして、第２磁化固定層１２に接続する第２電極５２Ｂが、接続層５２ｆ、コンタクト部５２ｃ、中継層５２ｂからなり、画素毎に上下にわたって形成されて、トランジスタ７１のドレインと接続し、ソースとゲートに、互いに直交するＹ配線（ソース線）５４とゲート配線（ワード線）５５が接続する。磁気メモリ１０Ｃはさらに、副磁化固定層１３に接続する第３電極５３が、第２電極５２Ｂと同様に、接続層５３ｆ、コンタクト部５３ｃ、中継層５３ｂからなり、画素毎に上下にわたって形成されて、ダイオード７２のアノードと接続し、カソードに第１電極（Ｘ配線）５１と直交するビット線５６が接続する。第３電極５３およびビット線５６は、電極５１，５２Ｂおよび配線５４，５５と同様に、金属電極材料で形成される。ダイオード７２は、トランジスタ７１と共に、基板８Ａとは別の、Ｓｉ基板等の表層に形成されてこの基板（図示省略）ごと貼り合わされて磁壁移動記憶素子１Ｅに接続される、あるいは、磁壁移動記憶素子１Ｅの上に成膜した多結晶シリコンで形成される。また、基板８Ａは、基板８の透明基板材料に限られず、表面に熱酸化膜を形成されたＳｉ基板等を適用することができる。
【００９０】
図１７に示すように、磁気メモリ１０Ｃは、選択トランジスタ型のＭＲＡＭと同じ回路構造の空間光変調器１０Ｂ（図１５参照）に、光変調素子１Ｂ（１）を磁壁移動記憶素子１Ｅに置き換えて、追加された第３の端子（第３電極５３）に接続するダイオード７２およびビット線５６を追加した構造である。したがって、磁気メモリ１０Ｃの書込みは、空間光変調器１０Ｂと同様に、選択した画素におけるＸ配線５１とＹ配線５４を経由して直流パルス電流を供給し、さらにゲート配線５５を経由してトランジスタ７１にゲート電圧を印加する。このとき、ビット線５６をｏｐｅｎ（開放）状態にするか、直流パルス電流の正の電位以上の電位に固定する。一方、磁気メモリ１０Ｃの読出しは、選択した画素におけるＸ配線５１とビット線５６を経由して定電流を供給する。磁気メモリ１０Ｃは、ダイオード７２が第３電極５３で副磁化固定層１３に接続されていることにより、読出しにおける選択した画素を除いて、電流がビット線５６を経由して磁壁移動記憶素子１Ｅの副磁化固定層１３へ流れないようにすることができる。
【００９１】
図１６（ａ）に示すように、磁気メモリ１０Ｃは、隣り合う磁壁移動記憶素子１Ｅ，１Ｅ間も含めて磁化固定層１１，１３，１２のＸ方向の間隔が短い。そのため、Ｘ配線としてＹ方向に延設する第１電極５１は、図１に示す空間光変調器１０と同様に帯状に形成されるが、接続する第１磁化固定層１１に対してＸ方向の一方向へは大きく拡張させない。また、第２電極５２Ｂの接続層５２ｆは、接続する第２磁化固定層１２に対してほとんど拡張しない平面視形状に形成される。一方、第３電極５３の接続層５３ｆは、副磁化固定層１３に対してＹ方向の一方向（図における下側）に張り出した細長い矩形の平面視形状に形成される。接続層５２ｆ，５３ｆのこれらの形状は、基板同士の貼り合わせに対応して互いの間隔を空けて配列された中継層５２ｂ，５３ｂに、それぞれコンタクト部５２ｃ，５３ｃを経由して接続するように設計される。
【００９２】
（磁壁移動記憶素子の製造方法）
磁壁移動記憶素子１Ｅは、第１実施形態に係る光変調素子の製造方法（図３〜７、図９，１０参照）で、磁化自由層３に代えて磁性細線３Ｂを形成し、その上に障壁層２３をエッチングストッパ膜６１ａとして形成して製造することができる。ただし、磁化固定層１１，１２を形成する磁化固定層形成工程Ｓ２０とは別工程で、磁化固定層形成工程Ｓ２０Ａ（図１１，１３参照）を行って、障壁層２３（エッチングストッパ膜６１ａ）の上に副磁化固定層１３を形成する。すなわち、磁壁移動記憶素子の製造方法は、磁性細線３Ｂおよび障壁層２３、ならびに磁性細線３Ｂ，３Ｂ間を埋める絶縁層６を形成する磁化自由層形成工程Ｓ１０と、磁性細線３Ｂ上に磁化固定層１１，１２およびこれらの間を埋める絶縁層６を形成する磁化固定層形成工程Ｓ２０と、磁性細線３Ｂ上の障壁層２３のさらに上に副磁化固定層１３を形成する磁化固定層形成工程Ｓ２０Ａと、を行い、配線形成工程Ｓ４０（図４、図７参照）または配線形成工程Ｓ４０Ａ（図９、図１０参照）の途中にイオン照射工程Ｓ３２を行う。磁化固定層形成工程Ｓ２０と磁化固定層形成工程Ｓ２０Ａとは、順序を入れ替えて行ってもよい。また、磁化自由層形成工程Ｓ１０に代えて磁化自由層形成工程Ｓ１０Ａを行ってもよい。
【００９３】
イオン照射工程Ｓ３２は、イオンビームをＹ方向に沿って図１６（ａ）における上側から傾斜させて照射することにより、第１磁化固定層１１のみにイオンを照射することができる。レジストマスクＰＲ３（図７、図１０参照）は、第１電極５１および第２電極５２Ｂの接続層５２ｆと共に第３電極５３の接続層５３ｆが形成される領域を空けた形状とし、第２磁化固定層１２にイオンが照射されないように、そのＹ方向長（磁性細線３Ｂの幅）に合わせて入射角θibを設定する。あるいは、イオンビームを図１６（ａ）における下側から傾斜させて照射して、第１磁化固定層１１と共に副磁化固定層１３にもイオンを照射してもよい。この場合は、イオンが副磁化固定層１３の全体に照射されつつ第２磁化固定層１２には照射されないように、接続層５３ｆをＹ方向に磁性細線３Ｂの幅以上張り出させた形状に設計し、合わせて入射角θibを設定する。
【００９４】
磁気メモリ１０Ｃの製造方法は、図１４に示す空間光変調器１０Ｂと同様に、磁壁移動記憶素子１Ｅ等とトランジスタ７１およびダイオード７２等とを別々の基板上に形成してから貼り合わせる。詳しくは、基板８Ａ上に、磁壁移動記憶素子１Ｅ、第１電極（Ｘ配線）５１、第２電極５２Ｂ、および第３電極５３を形成し、その際、第２電極５２Ｂの中継層５２ｂと共に第３電極５３の中継層５３ｂを上面（図１６（ｂ）に示す一点鎖線）に露出させて形成し、その周囲を絶縁層６５で平坦に形成する。一方、表層にトランジスタ７１およびダイオード７２を形成したＳｉ基板上に、Ｙ配線５４、ゲート配線５５、ビット線５６、ならびに、基板８Ａ上に形成したものとは別に、第２電極５２Ｂおよび第３電極５３の中継層５２ｂ，５３ｂを形成し、上面（図１６（ｂ）では一点鎖線で表す下面）に、中継層５２ｂ，５３ｂを露出させて、その周囲を絶縁層６５で平坦に形成する。その後、表面活性化接合や原子拡散接合等、半導体装置等の製造における公知の方法を適用して、磁壁移動記憶素子１Ｅ等を形成した基板８Ａとトランジスタ７１等を形成した基板とを、それぞれの上面に露出した中継層５２ｂ同士、中継層５３ｂ同士が電気的に接続されるように貼り合わせて磁気メモリ１０Ｃが製造される。
【００９５】
あるいは、空間光変調器１０Ｂの製造方法にて説明したように、磁壁移動記憶素子１Ｅ上に第１電極（Ｘ配線）５１、ならびに第２電極５２Ｂ、第３電極５３の接続層５２ｆ，５３ｆを形成した後、絶縁層６５（層間絶縁膜）を成膜し、さらにその上に多結晶シリコンでトランジスタ７１およびダイオード７２を形成してもよい。そして、トランジスタ７１と第２電極５２Ｂ、ダイオード７２と第３電極５３をそれぞれ接続し、さらにＹ配線５４、ゲート配線５５、およびビット線５６を形成して磁気メモリ１０Ｃが製造される。
【００９６】
磁気メモリ１０Ｃは、ダイオード７２に代えて、トランジスタを副磁化固定層１３に接続してもよく、あるいは磁化固定層１１，１２のそれぞれにトランジスタ７１，７１を接続してもよい（特許文献６参照）。また、磁壁移動記憶素子１Ｅは、接続されるすべての電極が磁性細線３Ｂの一方の側に設けられるので、光変調素子１，１Ａ，１Ｂと同様に、透明な基板８を適用して、磁壁移動記憶素子１Ｅを光変調素子とする空間光変調器にして、磁気メモリの読出しと同様の方法で、書込みのエラーを検出することができる。
【００９７】
また、磁壁移動記憶素子１Ｅは、副磁化固定層１３および障壁層２３が、磁化固定層１１，１２の反対側の磁性細線３Ｂの下側に設けられていてもよい。このような磁壁移動記憶素子１Ｅを搭載した磁気メモリは、一例として、以下のように製造することができる。基板８にＳｉ基板を適用して表層にダイオード７２を形成し、その上にダイオード７２に接続するビット線５６および第３電極５３を形成して、上面に第３電極５３を露出させて絶縁膜で平坦に形成する。第３電極５３上に、ＳｉＯ2等のエッチング選択性の高い絶縁膜を副磁化固定層１３および障壁層２３の合計の厚さに成膜する。この絶縁膜上に、副磁化固定層１３が形成される領域を空けたレジストマスクを形成し、絶縁膜をエッチングして第３電極５３を露出させ、副磁化固定層１３および障壁層２３の各材料を順次成膜して埋め込み、レジストマスクを除去する。以降は、光変調素子１Ｂを搭載した空間光変調器１０Ｂ（図１４参照）と同様に製造することができる。
【００９８】
本実施形態に係る磁壁移動記憶素子の製造方法によれば、磁壁移動記憶素子の、障壁層の積層の有無および保磁力の少なくとも一方が異なる３個の磁化固定層を、１個ずつではなく、書込み用の磁化固定層１１，１２を同時に形成することができる。
【００９９】
以上のように、第１実施形態およびその変形例に係る磁性素子の製造方法によれば、並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子、または磁壁移動素子であって、保磁力の大きさが互いに異なる２つの磁化固定層を上側に備える光変調素子または記憶素子、およびこれらの磁性素子を搭載した空間光変調器または磁気メモリを製造するために、前記２つの磁化固定層を同時に形成することができ、かつ、一方の保磁力を小さくするために新たなマスクを用意する必要がない。
【０１００】
〔第２実施形態〕
第１実施形態およびその変形例に係る光変調素子の製造方法では、２つの磁化固定層を含めて光変調素子を成形した後にイオンを照射して一方の磁化固定層の保磁力を低減させていたが、磁化固定層を構成する磁性膜の一部の領域にイオンを照射した後に加工して光変調素子を成形してもよい。さらに、第１実施形態の変形例に係る、１つの障壁層を備える光変調素子を形成する方法として、光変調素子の各層のすべてを連続して成膜し、その後に磁化固定層を構成する磁性膜を加工して、２つの磁化固定層に分離することもできる。以下、本発明の第２実施形態に係る光変調素子の製造方法について説明する。第１実施形態およびその変形例（図１〜１３参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１０１】
（光変調素子）
本発明の第２実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子１Ａ（以下、適宜、第２実施形態に係る光変調素子１Ａと称する）は、各層の平面視形状以外は、第１実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子１Ａ（図１３（ｄ）参照）と同一の構造である。光変調素子１Ａは、本実施形態に係る光変調素子の製造方法では外形が各層を一括して成形されるために、平面視において磁化固定層１１，１２の対向する内側の１辺ずつを除いた各辺が一致する。したがって、本実施形態に係る光変調素子１Ａは、図２０（ｄ）に示すように、断面視が完全な凹字型である。また、本実施形態において、光変調素子１Ａは、磁化固定層１１，１２および磁化自由層３が、耐熱性に優れたＣｏ／Ｐｄ多層膜等で形成されることが好ましい。一方、光変調素子１Ａは、障壁層２Ａに、ＴＭＲ素子の障壁層として公知の絶縁膜を適用することができ、特に、製造時における磁化自由層３へのダメージを抑制するために、第１実施形態の変形例と同様、エッチングレートの比較的遅いＭｇＯが好ましく、また、厚さを１ｎｍ以上とすることが好ましい。
【０１０２】
（空間光変調器）
第２実施形態に係る光変調素子を画素に備える空間光変調器は、第１実施形態に係る光変調素子を備える空間光変調器１０（図１参照）と同様の構造であり、あるいは、空間光変調器１０Ｂ（図１４、図１５参照）のように、第２電極５２（５２Ｂ）で第２磁化固定層１２にトランジスタ７１を接続して備えてもよい。ただし、光変調素子１Ａに接続する第１電極５１および第２電極５２の接続層５２ｆは、平面視において、磁化固定層１１，１２の対向する内側の各１辺で一致するように形成される。また、光変調素子１Ａ内の間隙、および隣り合う光変調素子１Ａ，１Ａ間を埋める絶縁層６の一部には、電極５１，５２間と同様に絶縁層６５が形成される。
【０１０３】
〔第２実施形態：光変調素子の製造方法〕
本発明の第２実施形態に係る光変調素子の製造方法（磁性素子の製造方法）を、光変調素子が２次元配列された空間光変調器（図１参照）の製造にて、図１８〜２０を参照して説明する。本実施形態においては、空間光変調器１０は、基板８上に、光変調素子１Ａを、光変調素子１Ａに接続する電極５１，５２と共に形成して製造される。
【０１０４】
図１８に示すように、本実施形態に係る光変調素子の製造方法は、磁化固定層１１，１２が分離される前の光変調素子１Ａおよび光変調素子１Ａ，１Ａ間を埋める絶縁層６２を形成する光変調素子積層工程Ｓ１０Ｄを行い、その後、第１電極５１および第２電極５２を形成する配線形成工程Ｓ４０Ｂと共に、磁化固定層１１，１２に分離される前の磁性膜にイオンを照射するイオン照射工程Ｓ３２、および前記磁性膜を磁化固定層１１，１２に分離する磁化固定層分離工程Ｓ２６を行って、光変調素子１Ａが形成された空間光変調器１０を製造する。以下、光変調素子１Ａを形成するための各工程について詳細に説明する。
【０１０５】
（光変調素子積層工程）
光変調素子積層工程Ｓ１０Ｄは、光変調素子１Ａの各層を構成する材料を成膜する磁化自由層成膜工程Ｓ１１Ａおよび磁化固定層成膜工程（磁性膜成膜工程）Ｓ２５Ａと、光変調素子１Ａ（磁化自由層３）が形成される領域を覆うレジストマスクＰＲ１を形成する磁化自由層マスク形成工程Ｓ１３と、エッチングにより光変調素子１Ａの形状に加工する光変調素子成形工程Ｓ１４Ａと、絶縁層６２を成膜する絶縁膜成膜工程Ｓ１５Ａと、レジストマスクＰＲ１を除去するリフトオフ工程Ｓ１７と、を行う。
【０１０６】
まず、基板８上に、下地膜４３を構成する金属膜、磁化自由層３を構成する磁性膜、障壁層２Ａを構成するＭｇＯ膜、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜１ｎ、および保護膜４１，４２を構成する金属膜４ｎを連続して順次成膜する（Ｓ１１Ａ，Ｓ２５Ａ）。次に、金属膜４ｎ上に、光変調素子１Ａ（磁化自由層３）が形成される領域を覆うレジストマスクＰＲ１を形成し（Ｓ１３、図１９（ａ））、イオンミリング等により、金属膜４ｎ（保護膜４１，４２）から下地膜４３までをエッチングして基板８を露出させ（Ｓ１４Ａ）、光変調素子１Ａを成形する（図１９（ｂ））。その上から、絶縁層６２を構成するＳｉＯ2膜等を、光変調素子１Ａの全体の厚さに合わせて成膜し（Ｓ１５Ａ、図１９（ｃ））、レジストマスクＰＲ１をその上のＳｉＯ2膜ごと除去する（Ｓ１７）。光変調素子積層工程Ｓ１０Ｄにより、図１９（ｄ）に示すように、基板８上に、保護膜４１，４２および保磁力が同等な第１磁化固定層１１と第２磁化固定層１２がそれぞれ分離されていない状態の光変調素子１Ａが形成され、さらにこのような光変調素子１Ａ，１Ａ間を埋める絶縁層６２により、上面全体がほぼ平坦に形成される。
【０１０７】
（イオン照射工程、配線形成工程）
本実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、配線形成工程Ｓ４０Ｂの途中に、第１実施形態と同様にイオン照射工程Ｓ３２を行い、さらに磁化固定層分離工程Ｓ２６を行う。配線形成工程Ｓ４０Ｂは、第１電極５１および第２電極５２ｆが形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ３を形成する電極マスク形成工程（マスク工程）Ｓ４１を行い、イオン照射工程Ｓ３２を行った後に、金属電極材料を成膜する電極成膜工程（電極形成工程）Ｓ４３と、レジストマスクＰＲ３を除去するリフトオフ工程Ｓ４４と、を行い、第１電極５１および第２電極５２ｆをマスクとして、磁性膜１ｎをエッチングして磁化固定層１１，１２を成形する磁化固定層分離工程Ｓ２６を行う。さらに、配線形成工程Ｓ４０Ｂは、絶縁膜を成膜して磁化固定層１１，１２間および電極５１，５２ｆ間を埋める電極間絶縁膜成膜工程Ｓ４５Ａと、上面を研削して電極５１，５２ｆ上の絶縁膜を除去する平坦化工程Ｓ４６と、絶縁膜（層間絶縁膜）を成膜する層間絶縁膜成膜工程Ｓ４７と、層間絶縁膜に第２電極５２のコンタクト部５２ｃおよび配線層５２ｄを埋め込む孔および溝を形成する層間絶縁膜除去工程Ｓ４８と、金属電極材料を成膜してコンタクト部５２ｃおよび配線層５２ｄを形成する配線形成工程Ｓ４９と、を行う。
【０１０８】
磁化固定層１１，１２の分離前の光変調素子１Ａ（金属膜４ｎ）および光変調素子１Ａ，１Ａ間の絶縁層６２の上に、第１実施形態の配線形成工程Ｓ４０と同様に、第１電極（Ｘ配線）５１、および第２電極５２の接続層５２ｆが形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ３を形成する（Ｓ４１、図２０（ａ））。そして、第１磁化固定層１１が設けられる左方に、またはＸ配線５１に沿ってＹ方向に傾斜した入射角θib（＞０°）でイオンビームを照射する（Ｓ３２、図２０（ｂ））。その結果、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜１ｎは、第１磁化固定層１１が形成される領域にイオンを照射されて保磁力が低下する一方、第２磁化固定層１２が形成される領域においては保磁力が変化しない。
【０１０９】
次に、金属電極材料を成膜して（Ｓ４３）、第１電極（Ｘ配線）５１および第２電極５２の接続層５２ｆを形成し、レジストマスクＰＲ３をその上の金属電極材料ごと除去する（Ｓ４４、図２０（ｃ））。そして、イオンミリング等で、電極５１，５２ｆ間の領域における金属膜４ｎおよびその下の磁性膜１ｎをエッチングして完全に除去し、保護膜４１と保護膜４２、第１磁化固定層１１と第２磁化固定層１２をそれぞれ分離して（Ｓ２６）、光変調素子１Ａに成形する（図２０（ｄ））。このとき、障壁層２Ａがエッチングされてもよいが、磁化自由層３まで加工されないようにする。磁化固定層分離工程Ｓ２６においては、第１電極５１および第２電極５２の接続層５２ｆをマスクにするので、これら電極５１，５２ｆは、電極材料にもよるが保護膜４１，４２および磁化固定層１１，１２の合計の厚さ相当が減肉されるため、電極成膜工程Ｓ４３にて予め厚さを調整する。
【０１１０】
絶縁層６５としてＳｉＯ2等の絶縁膜を全面に成膜して（Ｓ４５Ａ）、光変調素子１Ａ内の間隙を埋めて、さらにその上の第１電極５１および第２電極５２の接続層５２ｆの上面まで埋める。また、磁化固定層分離工程Ｓ２６において、電極５１，５２ｆの形成されていない領域の絶縁層６２もエッチングされているため、この領域においても電極５１，５２ｆの上面まで絶縁層６５で埋めるように成膜する。次に、ＣＭＰ等で上面を研削、研磨して、第１電極５１および第２電極５２の接続層５２ｆ上の絶縁膜を除去して電極５１，５２ｆを露出させ、上面を平坦化する（Ｓ４６）。
【０１１１】
第１実施形態の変形例における配線形成工程Ｓ４０Ａ（図９参照）と同様に、層間絶縁膜（絶縁層６５）としてＳｉＯ2等の絶縁膜を全面に成膜し（Ｓ４７）、公知の半導体装置等の配線の形成方法と同様に、第２電極５２のコンタクト部５２ｃおよび配線層５２ｄを形成してＹ配線５２とし、電極５１，５２間を絶縁層６５で埋められた空間光変調器１０が得られる（Ｓ４８，Ｓ４９）。
【０１１２】
第２実施形態に係る光変調素子の製造方法は、光変調素子積層工程Ｓ１０Ｄにおいて、磁化固定層１１，１２の分離前の光変調素子１Ａを形成する前に、光変調素子１Ａ，１Ａ間の絶縁層６２を形成してもよい（図２１に示す第３実施形態に係る光変調素子の製造方法の光変調素子積層工程Ｓ１０Ｅ参照）。
【０１１３】
以上のように、第２実施形態に係る光変調素子の製造方法によれば、第１実施形態と同様に、並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子（ＴＭＲ素子）であって、保磁力の大きさが互いに異なる２つの磁化固定層を備える光変調素子を搭載した空間光変調器を製造するために、２つの磁化固定層を同時に形成することができ、かつ一方の保磁力を小さくするために新たなマスクを用意する必要がない。さらに、本実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、光変調素子に接続する一対の電極をマスクとして磁化固定層を加工するため、平面視形状の異なる層が積層された複雑な形状の並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子であっても、レジストマスクの枚数および工程数を抑制することができ、生産性が低下しない。
【０１１４】
〔第３実施形態〕
第１実施形態および第２実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、イオンビームを部分的に遮蔽するマスクに、磁化固定層上に接続する電極を成形するためのレジストマスクを利用したが、当該磁化固定層を成形するためのレジストマスクを利用することもできる。以下、本発明の第３実施形態に係る光変調素子の製造方法について説明する。第１、第２実施形態（図１〜２０参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１１５】
（光変調素子、空間光変調器）
本発明の第３実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子１Ａ（適宜、第３実施形態に係る光変調素子１Ａと称する）は、第２実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子１Ａと同一の構造および形状で、並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子（ＴＭＲ素子）である。また、第３実施形態に係る光変調素子を画素に備える空間光変調器は、第２実施形態に係る光変調素子を備える空間光変調器と同様の構造で、光変調素子１Ａに接続する第１電極５１および第２電極５２の接続層５２ｆが、平面視において、互いの間隔を磁化固定層１１，１２間の間隔と一致するように形成される。ただし、電極５１，５２ｆは、光変調素子１Ａの外側へ拡張して形成されていなくてもよい。また、空間光変調器１０Ｂ（図１４、図１５参照）のように、第２電極５２（５２Ｂ）で光変調素子１Ａの第２磁化固定層１２にトランジスタ７１を接続して備えてもよい。
【０１１６】
〔第３実施形態：光変調素子の製造方法〕
本発明の第３実施形態に係る光変調素子の製造方法（磁性素子の製造方法）を、光変調素子が２次元配列された空間光変調器（図１参照）の製造にて、図２１および図２２を参照して説明する。本実施形態に係る光変調素子の製造方法は、第２実施形態に係る光変調素子の製造方法におけるイオン照射工程の順序を電極の形成前に入れ替えたものである。
【０１１７】
図２１に示すように、本実施形態に係る光変調素子の製造方法は、磁化固定層１１，１２が分離される前の光変調素子１Ａおよび光変調素子１Ａ，１Ａ間を埋める絶縁層６２を形成する光変調素子積層工程Ｓ１０Ｅを行い、その途中に、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜にイオンを照射するイオン照射工程Ｓ３２を行う。そして、前記磁性膜を磁化固定層１１，１２に分離する磁化固定層分離工程Ｓ２６Ａを、第１電極５１および第２電極５２を形成する配線形成工程Ｓ４０Ｃの途中に行って、光変調素子１Ａが形成された空間光変調器１０を製造する。以下、光変調素子１Ａを形成するための各工程について詳細に説明する。
【０１１８】
（光変調素子積層工程）
光変調素子積層工程Ｓ１０Ｅは、絶縁層６２を成膜する絶縁膜成膜工程Ｓ１５Ａと、絶縁層６２上に光変調素子１Ａ（磁化自由層３）が形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ１Ａを形成する磁化自由層マスク形成工程（マスク工程）Ｓ１３Ｂと、絶縁層６２をエッチングする絶縁膜除去工程Ｓ１６と、光変調素子１Ａの各層を構成する材料を成膜する磁化自由層成膜工程Ｓ１１Ａおよび磁化固定層成膜工程（磁性膜成膜工程）Ｓ２５Ｄと、を行い、イオン照射工程Ｓ３２を行った後、レジストマスクＰＲ１Ａを除去するリフトオフ工程Ｓ１７Ａを行う。
【０１１９】
レジストマスクＰＲ１Ａを形成する磁化自由層マスク形成工程Ｓ１３Ｂは、第１実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法における磁化自由層マスク形成工程Ｓ１３Ａと同一の工程であるが、本実施形態においては、レジストマスクＰＲ１ＡでイオンＮｇ+に対するマスク（シールド）を形成する。すなわち、磁化自由層マスク形成工程Ｓ１３Ｂが、イオン照射工程Ｓ３２のためのマスク工程を兼ねていて、そのため、異なる符号を付して表す。また、磁化固定層成膜工程Ｓ２５Ｄで、保護膜４１，４２を構成する金属膜４ｎに、さらにイオン照射工程Ｓ３２における一時的な保護膜（仮保護膜４Ａ）を積層する。
【０１２０】
仮保護膜４Ａは、第１、第２実施形態に係る光変調素子１，１Ａの保護膜４１，４２と同様、イオンビームを照射される際の磁化固定層１１，１２の保護膜であるが、イオン照射工程Ｓ３２における一時的な保護膜であり、製造過程で除去されるので完成時には設けられていない。第３実施形態においては、後記するように、イオン照射工程Ｓ３２のイオンビームによる上面の段差が、磁化固定層１１，１２間（光変調素子１Ａ内の間隙）に形成される。イオン照射工程Ｓ３２で、金属膜からなる保護膜４１，４２（金属膜４ｎ）を最上層に設けてイオンビームを照射されると、この段差の深さが障壁層２Ａの厚さ以上になる場合がある。すると、後続の磁化固定層分離工程Ｓ２６Ａで、光変調素子１Ａ内の間隙における磁化自由層３の一部がエッチングされることになる。そのため、本実施形態においては、イオンビームによるエッチングレートの遅い材料を仮保護膜４Ａとして磁化固定層１１，１２の上の最上層に設ける。このような材料としてＭｇＯが好ましく、イオン照射の条件にもよるが、段差の深さを０．２〜０．３ｎｍ程度に抑制することができる。仮保護膜４Ａは、厚さが１ｎｍ以上であることが好ましく、さらにイオン照射完了時において磁化固定層１１，１２の上面全体に残存する厚さであることが好ましい。一方、仮保護膜４Ａは、絶縁膜であり、電極５１，５２ｆの形成前にイオンミリング等の物理的エッチングにより除去されるので、厚いとエッチング量が多くなり、その下の磁化固定層１１，１２、特にその上の仮保護膜４Ａが薄肉化されている第１磁化固定層１１の特性に影響する虞がある。したがって、仮保護膜４Ａは、厚さが５ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以下がより好ましい。
【０１２１】
まず、基板８上に、エッチングストッパ膜６１としてＭｇＯ膜を成膜し、引き続いて、ＳｉＯ2等の絶縁層６２を、光変調素子１Ａの全体の厚さに合わせて成膜する（Ｓ１５Ａ）。なお、基板８の材料が前記絶縁膜（ＳｉＯ2膜）に対してエッチング選択性が十分に低い場合は、エッチングストッパ膜６１は設けなくてもよい。次に、第１実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法の磁化自由層形成工程Ｓ１０Ａと同様に、絶縁層６２上に、磁化自由層３が形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ１Ａを形成し（Ｓ１３Ｂ）、絶縁層６２をＲＩＥ等でエッチングして除去する（Ｓ１６）。そして、下地膜４３を構成する金属膜、磁化自由層３を構成する磁性膜、障壁層２Ａを構成するＭｇＯ膜、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜１ｎ、保護膜４１，４２を構成する金属膜４ｎ、およびＭｇＯ膜（仮保護膜４Ａ）を連続して順次成膜して（Ｓ１１Ａ，Ｓ２５Ｄ）、絶縁層６２のエッチング跡に埋め込む。これらの工程により、図２２（ａ）に示すように、基板８上に、保護膜４１，４２および第１磁化固定層１１と第２磁化固定層１２がそれぞれ分離されていない状態の光変調素子１Ａが形成され、さらにその上に、ＭｇＯ膜からなる仮保護膜４Ａが積層される。そして、このような光変調素子１Ａ，１Ａ間に絶縁層６２が埋められ、さらに絶縁層６２の上に、レジストマスクＰＲ１Ａ、および光変調素子１Ａの各層を構成する材料が積層されている。
【０１２２】
イオン照射工程Ｓ３２として、レジストマスクＰＲ１Ａおよびその上の磁性膜等をマスク（シールド）にして、第１磁化固定層１１が設けられた側と反対の右方に傾斜した入射角θibでイオンビームを照射する。本実施形態においては、レジストマスクＰＲ１Ａの空いた領域が、磁化固定層１１，１２の外側へ拡張されていない一方、磁化固定層１１，１２間が空いているので、内側へ拡張されているといえる。したがって、図２２（ｂ）に示すように、右方に傾斜してイオンビームを照射すると、レジストマスクＰＲ１Ａの空いた領域（光変調素子１Ａの形成される領域）における右側は、右側のレジストマスクＰＲ１Ａの内壁の影（図２２（ｂ）で網掛けを付した領域）になってイオンが到達せず、左側にのみイオンが照射されてこの領域において磁性膜１ｎの保磁力が低減する。すなわち、第１磁化固定層１１が形成される領域において保磁力が低減し、第２磁化固定層１２が形成される領域において成膜時の保磁力に維持される。
【０１２３】
本実施形態においては、レジストマスクＰＲ１Ａが、絶縁膜除去工程Ｓ１６で絶縁層６２のエッチングに伴い減肉される。そのため、絶縁膜除去工程Ｓ１６の後における、すなわちイオン照射工程Ｓ３２におけるレジストマスクＰＲ１Ａの厚さを管理し、光変調素子１Ａの厚さとの合計ｔに応じて、イオンビームの入射角θibを設定する。具体的には、磁化固定層１１，１２のＸ方向長を共にｘpで、光変調素子１ＡのＸ方向長（１辺の長さ）をＬ（＞２ｘp）で、それぞれ表すと、ｘp／ｔ≦ｔａｎθib≦(Ｌ−ｘp)／ｔが成立するように、イオンビームの入射角θibを設定する。また、イオンビームを左方に傾斜させて入射することにより、第２磁化固定層１２が形成される領域の保磁力を低減させることもできる。
【０１２４】
レジストマスクＰＲ１Ａをその上の磁性膜等ごと除去する（Ｓ１７Ａ）。光変調素子積層工程Ｓ１０Ｅおよびイオン照射工程Ｓ３２により、基板８上に、磁化固定層１１，１２および保護膜４１，４２が分離されていない状態の光変調素子１Ａが形成され、さらにこの光変調素子１Ａ上に、微小な段差を形成された仮保護膜４Ａが積層され、また、光変調素子１Ａ，１Ａ間を埋める絶縁層６２により、上面全体がほぼ平坦に形成される。
【０１２５】
（配線形成工程）
本実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、磁化固定層分離工程Ｓ２６Ａを、第２実施形態と同様に配線形成工程Ｓ４０Ｃの途中に行う。配線形成工程Ｓ４０Ｃは、第１電極５１および第２電極５２ｆが形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ３を形成する電極マスク形成工程Ｓ４１Ａと、仮保護膜４Ａを除去する保護膜除去工程Ｓ２８と、金属電極材料を成膜する電極成膜工程Ｓ４３と、レジストマスクＰＲ３を除去するリフトオフ工程Ｓ４４と、を行い、第１電極５１および第２電極５２ｆをマスクとして、磁性膜１ｎをエッチングして磁化固定層１１，１２を成形する磁化固定層分離工程Ｓ２６Ａを行う。さらに、配線形成工程Ｓ４０Ｃは、絶縁膜を成膜して磁化固定層１１，１２間および電極５１，５２ｆ間を埋める電極間絶縁膜成膜工程Ｓ４５Ａと、上面を研削して電極５１，５２ｆ上の絶縁膜を除去する平坦化工程Ｓ４６と、絶縁膜（層間絶縁膜）を成膜する層間絶縁膜成膜工程Ｓ４７と、層間絶縁膜に第２電極５２のコンタクト部５２ｃおよび配線層５２ｄを埋め込む孔および溝を形成する層間絶縁膜除去工程Ｓ４８と、金属電極材料を成膜してコンタクト部５２ｃおよび配線層５２ｄを形成する配線形成工程Ｓ４９と、を行う。電極マスク形成工程Ｓ４１Ａは、第１、第２実施形態に係る光変調素子の製造方法における電極マスク形成工程Ｓ４１と同一の工程であるが、イオン照射工程Ｓ３２のためのマスク工程ではないため、磁化自由層マスク形成工程Ｓ１３Ｂと同様、異なる符号を付して表す。
【０１２６】
磁化固定層１１，１２の分離前の光変調素子１Ａ上の仮保護膜４Ａ、および光変調素子１Ａ，１Ａ間の絶縁層６２の上に、第１実施形態と同様に、第１電極５１および第２電極５２の接続層５２ｆが形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ３を形成する（Ｓ４１Ａ）。次に、図２２（ｃ）に示すように、レジストマスクＰＲ３の空いた領域において、絶縁膜であるＭｇＯ膜からなる仮保護膜４Ａをイオンミリング等で完全に除去して金属膜４ｎを露出させる（Ｓ２８）。この上から金属電極材料を成膜して（Ｓ４３）、第１電極５１および第２電極５２の接続層５２ｆを形成し、レジストマスクＰＲ３をその上の金属電極材料ごと除去する（Ｓ４４）。
【０１２７】
第２実施形態と同様にイオンミリング等で、電極５１，５２ｆ間の領域における仮保護膜４Ａ、金属膜４ｎ、および磁性膜１ｎをエッチングして完全に除去し、図２２（ｄ）に示すように、保護膜４１と保護膜４２、第１磁化固定層１１と第２磁化固定層１２をそれぞれ分離して（Ｓ２６Ａ）光変調素子１Ａに成形する。図２２（ｂ）、（ｃ）に示すように、本実施形態においては、イオンビームの入射角θibにもよるが、イオン照射工程Ｓ３２で、光変調素子１Ａ内の間隙において上面に段差を形成されている。そのため、磁化固定層分離工程Ｓ２６Ａで磁性膜１ｎまで完全に除去するのに面内で時間差を生じる。しかし、上面にエッチングレートの遅いＭｇＯで仮保護膜４Ａを設けて段差を障壁層２Ａの厚さ未満に抑制することにより、磁化自由層３まで加工されないように、光変調素子１Ａ内の間隙における磁性膜１ｎを完全に除去することができる。その結果、本実施形態に係る光変調素子１Ａは、当該光変調素子１Ａ内の間隙において障壁層２Ａの上面に微小な段差を形成される。
【０１２８】
引き続き、第２実施形態と同様に、第２電極５２のコンタクト部５２ｃおよび配線層５２ｄ、ならびに電極５１，５２間を埋める絶縁層６５を形成して（Ｓ４５Ａ，Ｓ４６，Ｓ４７，Ｓ４６，Ｓ４９）、空間光変調器１０が得られる。
【０１２９】
本実施形態に係る光変調素子の製造方法において、保護膜除去工程Ｓ２８は、イオン照射工程Ｓ３２の次やリフトオフ工程Ｓ１７Ａの次に行ってもよい。また、障壁層２Ａを比較的厚く形成したり、照射条件を調整して、イオンビームによる金属膜の減肉が障壁層２Ａの厚さ未満に抑制されれば仮保護膜４Ａを設けなくてよく、保護膜除去工程Ｓ２８も不要である。
【０１３０】
以上のように、第３実施形態に係る光変調素子の製造方法によれば、第２実施形態と同様に、並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子（ＴＭＲ素子）であって、保磁力の大きさが互いに異なる２つの磁化固定層を備える光変調素子を搭載した空間光変調器を製造するために、２つの磁化固定層を同時に形成することができ、かつ一方の保磁力を小さくするために新たなマスクを用意する必要がない上、レジストマスクの枚数および工程数を抑制することができ、生産性が低下しない。さらに、本実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、光変調素子に接続する電極を、光変調素子の外側へ拡張して形成しなくてよいので、隣り合う光変調素子の間隔が狭くても製造することができ、また、２つの磁化固定層のどちらでも保磁力を低減させることができる。
【０１３１】
〔第４実施形態〕
第１、第２、第３実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、イオンビームを部分的に遮蔽するマスクや磁化固定層を成形するためのマスクに、磁化固定層上に接続する電極や電極を成形するためのレジストマスクを利用しているが、電極によらずに光変調素子を製造することもできる。以下、本発明の第４実施形態に係る光変調素子の製造方法について説明する。第１、第２、第３実施形態（図１〜２２参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１３２】
（光変調素子）
本発明の第４実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子（適宜、第４実施形態に係る光変調素子１と称する）は、各層の平面視形状以外は、第１実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子１（図２参照）と同一の構造の並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子である。本実施形態に係る光変調素子１は、第２実施形態と同様に外形が各層を一括して成形されるために、平面視において、磁化固定層１１，１２および中間層２１，２２の対向する内側の１辺を除いた各辺が一致する。したがって、本実施形態に係る光変調素子１は、断面視が完全な凹字型である。また、本実施形態に係る光変調素子１は、磁化固定層１１，１２および磁化自由層３が、耐熱性に優れたＣｏ／Ｐｄ多層膜等で形成されることが好ましい。
【０１３３】
（空間光変調器）
第４実施形態に係る光変調素子を画素に備える空間光変調器は、第１実施形態に係る光変調素子を備える空間光変調器１０（図１参照）と同様の構造であり、あるいは、空間光変調器１０Ｂ（図１４、図１５参照）のように、第２電極５２（５２Ｂ）で第２磁化固定層１２にトランジスタ７１を接続して備えてもよい。ただし、第１電極５１および第２電極５２の接続層５２ｆは、光変調素子１の磁化固定層１１，１２に電気的に接続することができればよく、平面視形状は特に規定されない。また、第１実施形態の変形例（図１３（ｄ）参照）と同様に、隣り合う光変調素子１，１間に、光変調素子１内の間隙に設けられる絶縁層６２とは別工程により絶縁層６４が設けられる（図２５（ｄ）参照）。
【０１３４】
〔第４実施形態：光変調素子の製造方法〕
本発明の第４実施形態に係る光変調素子の製造方法（磁性素子の製造方法）を、光変調素子が２次元配列された空間光変調器（図１参照）の製造にて、図２３〜２５を参照して説明する。本実施形態に係る光変調素子の製造方法は、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜を光変調素子１内においてのみ分離させて形成し、この分離のためのレジストマスクをマスクとしてイオンを照射した後に、すべての層を加工、成形する。
【０１３５】
図２３に示すように、本実施形態に係る光変調素子の製造方法は、光変調素子形成工程Ｓ１０Ｆを行い、その途中にイオン照射工程Ｓ３２を行って、光変調素子１を形成する。さらに、基板８上に光変調素子１を形成した後、光変調素子１上に第１電極５１および第２電極５２を形成する配線形成工程Ｓ４０（Ｓ４０Ａ）を行って空間光変調器１０を製造する。
【０１３６】
（光変調素子形成工程、イオン照射工程）
光変調素子形成工程Ｓ１０Ｆは、磁化自由層３を構成する材料を成膜する磁化自由層成膜工程Ｓ１１と、エッチングストッパ膜６１を成膜するエッチングストッパ膜成膜工程Ｓ１２と、絶縁層６２を構成する絶縁膜を成膜する絶縁膜成膜工程Ｓ２１と、磁化固定層１１，１２が形成される各領域の間（光変調素子１内の間隙）を覆うレジストマスクＰＲ２Ａを形成する磁化固定層分離マスク形成工程（マスク工程）Ｓ２２Ａと、絶縁層６２をエッチングする絶縁膜除去工程Ｓ２３と、エッチングストッパ膜６１をエッチングするエッチングストッパ膜除去工程Ｓ２４と、中間層２１，２２および磁化固定層１１，１２を構成する各材料を成膜する磁化固定層成膜工程（磁性膜成膜工程）Ｓ２５と、を行い、次にイオン照射工程Ｓ３２を行う。さらに、光変調素子形成工程Ｓ１０Ｆは、レジストマスクＰＲ２Ａを除去するリフトオフ工程Ｓ２７と、光変調素子１（磁化自由層３）が形成される領域を覆うレジストマスクＰＲ１を形成する磁化自由層マスク形成工程Ｓ１３と、エッチングにより光変調素子１に加工する光変調素子成形工程Ｓ１４Ａと、絶縁層６２を成膜する絶縁膜成膜工程Ｓ１５Ａと、レジストマスクＰＲ１を除去するリフトオフ工程Ｓ１７と、を行う。
【０１３７】
本実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、イオンＮｇ+に対するマスク（シールド）を、その遮蔽対象である磁化固定層１１，１２を成形するためのレジストマスクＰＲ２Ａで形成する。すなわち、レジストマスクＰＲ２Ａを形成する磁化固定層分離マスク形成工程Ｓ２２Ａが、イオン照射工程Ｓ３２のためのマスク工程を兼ねている。
【０１３８】
まず、基板８上に、下地膜４３を構成する金属膜、磁化自由層３を構成する磁性膜、およびエッチングストッパ膜６１を構成するＭｇＯ膜を連続して順次成膜し（Ｓ１１，Ｓ１２）、さらに絶縁層６２を構成するＳｉＯ2膜を成膜する（Ｓ２１）。絶縁層６２は、エッチングストッパ膜６１との合計の厚さを、中間層２１，２２、磁化固定層１１，１２、および保護膜４１，４２の３層の合計の厚さに合わせて成膜される。次に、絶縁層６２上に、第１磁化固定層１１および第２磁化固定層１２が形成される各領域の間（光変調素子１内の間隙上の領域）を覆うレジストマスクＰＲ２Ａを形成する（Ｓ２２Ａ、図２４（ａ））。レジストマスクＰＲ２Ａは、光変調素子１における第１磁化固定層１１と第２磁化固定層１２が形成される各領域同士の間を覆い、かつ、少なくとも第２磁化固定層１２が形成される領域と第１磁化固定層１１が形成される領域をＸ方向に外側へ２倍に拡張した領域とが空けられていればよい。これら２つの領域は、隣り合う光変調素子１，１では重複していてもよい。このようなレジストマスクＰＲ２Ａは、光変調素子１毎に分離して形成されてもよいが、ここでは、Ｙ方向に連続した畝状に形成される。
【０１３９】
第１実施形態に係る光変調素子の製造方法の磁化固定層形成工程Ｓ２０（図３参照）と同様に、絶縁層６２をＲＩＥ等で除去し（Ｓ２３）、引き続いてエッチングストッパ膜６１をイオンミリング等で除去して（Ｓ２４）、磁化自由層３を露出させた（図２４（ｂ））後、中間層２１，２２を構成する非磁性金属膜または絶縁膜、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜１ｎ、および保護膜４１，４２を構成する金属膜４ｎを連続して成膜する（Ｓ２５）。これらの工程により、図２４（ｃ）に示すように、基板８上に下地膜４３から保護膜４１，４２（金属膜４ｎ）までの光変調素子１の各層を構成する膜が積層され、下地膜４３および磁化自由層３は全面に、それ以外の層は光変調素子１内の間隙に沿った溝状に空けて設けられる。そして、前記溝状に空けられた部分にはエッチングストッパ膜６１および絶縁層６２が積層されて埋められ、さらに絶縁層６２の上に、レジストマスクＰＲ２Ａ、ならびに中間層２１，２２、磁化固定層１１，１２、および保護膜４１，４２の各層を構成する材料が積層されている。
【０１４０】
イオン照射工程Ｓ３２として、レジストマスクＰＲ２Ａおよびその上の磁性膜等をマスク（シールド）にして、第１磁化固定層１１が設けられる左方に傾斜した入射角θibでイオンビームを照射する。これにより、図２４（ｄ）に示すように、レジストマスクＰＲ２Ａが形成されている光変調素子１内の間隙（絶縁層６２）上のＹ方向に延設した領域から右側の一定の幅（Ｘ方向長）がレジストマスクＰＲ２Ａの影（同図で網掛けを付した領域）になって、この領域にはイオンＮｇ+が到達せず、磁性膜１ｎの保磁力が変化しない。その結果、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜１ｎは、絶縁層６２を挟んで、第１磁化固定層１１が形成される領域においてイオンＮｇ+により保磁力が低減し、第２磁化固定層１２が形成される領域において成膜時の保磁力に維持される。
【０１４１】
本実施形態においては、レジストマスクＰＲ２Ａが、絶縁膜除去工程Ｓ２３およびエッチングストッパ膜除去工程Ｓ２４で絶縁層６２等のエッチングに伴い減肉される。そのため、エッチングストッパ膜除去工程Ｓ２４の後における、すなわちイオン照射工程Ｓ３２におけるレジストマスクＰＲ２Ａの厚さを管理し、中間層２１，２２から保護膜４１，４２までの３層の厚さとの合計ｔに応じて、イオンビームの入射角θibを設定する。具体的には、磁化固定層１１，１２のＸ方向長を共にｘpで、光変調素子１のＸ方向長（１辺の長さ）をＬ（＞２ｘp）で、空間光変調器１０における光変調素子１の配列ピッチ（画素サイズ）をＡ（＞Ｌ）で、それぞれ表すと、ｘp／ｔ≦ｔａｎθib≦(Ａ−Ｌ＋ｘp)／ｔが成立するように、イオンビームの入射角θibを設定する。
【０１４２】
レジストマスクＰＲ２Ａをその上の磁性膜等ごと除去し（Ｓ２７、図２５（ａ））、光変調素子１が形成される領域を覆うレジストマスクＰＲ１を形成する（Ｓ１３、図２５（ｂ））。イオンミリング等により、保護膜４１，４２から下地膜４３までをエッチングして（Ｓ１４Ａ）、光変調素子１を成形する（図２５（ｃ））。その上から、絶縁層６４を構成するＳｉＯ2膜を、光変調素子１の全体の厚さに合わせて成膜し（Ｓ１５Ａ）、レジストマスクＰＲ１をその上のＳｉＯ2膜ごと除去する（Ｓ１７）。光変調素子形成工程Ｓ１０Ｆおよびイオン照射工程Ｓ３２により、図２５（ｄ）に示すように、基板８上に光変調素子１が形成され、また光変調素子１，１間を埋める絶縁層６４で上面全体がほぼ平坦に形成される。
【０１４３】
（配線形成工程）
光変調素子形成工程Ｓ１０Ｆおよびイオン照射工程Ｓ３２を行った後は、第１実施形態に係る光変調素子の製造方法の配線形成工程Ｓ４０（図４、図７参照）または配線形成工程Ｓ４０Ａ（図９、図１０参照）を行って（イオン照射工程Ｓ３２は行わない）、光変調素子１を配列した空間光変調器１０が得られる。
【０１４４】
第４実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、中間層２１，２２が絶縁膜からなるＴＭＲ素子の障壁層である場合は、第１実施形態と同様に、中間層２１，２２にＭｇＯやＡｌ2Ｏ3を適用してエッチングストッパ膜とした障壁層２Ａを備える光変調素子１Ａを製造することができる。また、第４実施形態に係る光変調素子の製造方法により、図１４に示す磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｂを製造することもできる。さらに、リフトオフ工程Ｓ２７の次（磁化自由層マスク形成工程Ｓ１３の前）、または絶縁膜成膜工程Ｓ２１の次（磁化固定層分離マスク形成工程Ｓ２２Ａの前）に、磁化固定層形成工程Ｓ２０Ａ（図１１参照）を行って、エッチングストッパ膜６１を障壁層２３にしてその上に副磁化固定層１３を形成することにより、磁壁移動記憶素子１Ｅ（図１６参照）を製造することができる。この場合も、レジストマスクＰＲ２Ａは、磁壁移動記憶素子１Ｅにおいて磁化固定層１１，１２が形成される各領域の間、すなわち副磁化固定層１３が形成される領域を含めて被覆する。
【０１４５】
〔第４実施形態の変形例〕
第３実施形態および第４実施形態に係る光変調素子の製造方法では、２つの磁化固定層を、光変調素子全体の外形に成形する、第１磁化固定層と第２磁化固定層とに分離した形状にする、という２段階に分けて加工、成形するので、磁化固定層が加工ダメージを受け、耐熱性の高い磁性材料に限定される。そこで、２つの磁化固定層を１回で成形し、さらにそのマスクをイオン照射に使用することにより、第１実施形態に係る光変調素子の製造方法のように、磁化固定層にＲＥ−ＴＭ合金を適用することができる。以下、本発明の第４実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法について説明する。
【０１４６】
（光変調素子、空間光変調器）
第４実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子１（適宜、第４実施形態の変形例に係る光変調素子１と称する）は、第１実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子１と同一の構造の並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子である。ただし、本変形例においては、光変調素子１は、２つの磁化固定層１１，１２の保磁力の低い方の第１磁化固定層１１が、Ｘ方向に外側へより大きく拡張して形成される。また、第４実施形態の変形例に係る光変調素子を画素に備える空間光変調器は、第４実施形態に係る光変調素子を備える空間光変調器と同様の構造である。
【０１４７】
本変形例に係る光変調素子１の磁化固定層１１，１２の平面視形状（Ｘ方向長）について、図２６（ａ）を参照して詳しく説明する。磁化固定層１１，１２のＸ方向長をｘp1，ｘp2で表し、それぞれの磁化自由層３上における領域のＸ方向長をｘjで表すと、第１磁化固定層１１は、磁化自由層３上からＸ方向に外側へ第２磁化固定層１２のＸ方向長ｘp2（≧ｘj）以上拡張させて、Ｘ方向長ｘp1が（ｘj＋ｘp2＋α）に設計される（α≧０）。すなわち、本変形例に係る光変調素子１は、第１磁化固定層１１および第２磁化固定層１２が、Ｘ方向において、第１実施形態に係る光変調素子１の磁化固定層１１，１２に接続する第１電極５１および第２電極５２の接続層５２ｆにそれぞれ倣って設計される（図７（ａ）参照）。また、磁化固定層１１，１２のＸ方向長ｘp1，ｘp2の上限（磁化自由層３上から張り出した長さの上限）は、隣り合う光変調素子１，１間で短絡しなければ特に規定されないが、第１磁化固定層１１が第２磁化固定層１２のＸ方向長ｘp2以上に外側へ張り出して形成されるため、第２磁化固定層１２のＸ方向長ｘp2はｘjとの差（磁化自由層３上から張り出した長さ）が小さいことが好ましい。
【０１４８】
〔第４実施形態の変形例：光変調素子の製造方法〕
本発明の第４実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法（磁性素子の製造方法）を、光変調素子が２次元配列された空間光変調器（図１参照）の製造にて、図２６を参照して説明する。本変形例に係る光変調素子の製造方法は、第１実施形態に係る光変調素子の製造方法（図３〜７参照）におけるイオン照射工程の順序を電極の形成前に入れ替えたものである。
【０１４９】
本変形例に係る光変調素子の製造方法は、磁化自由層３および磁化自由層３，３間を埋める絶縁層６を形成する磁化自由層形成工程Ｓ１０と、磁化自由層３上に、中間層２１，２２および磁化固定層１１，１２、ならびにこれらの間を埋める絶縁層６を形成する磁化固定層形成工程Ｓ２０と、を行い、磁化固定層形成工程Ｓ２０の途中に、イオンを照射するイオン照射工程Ｓ３２を行って、光変調素子１を形成する。さらに、光変調素子１を形成した後、光変調素子１上に第１電極５１および第２電極５２を形成する配線形成工程Ｓ４０（Ｓ４０Ａ）を行って空間光変調器１０を製造する。磁化自由層形成工程Ｓ１０は第１実施形態と同様であるので、以降の各工程について詳細に説明する。
【０１５０】
（磁化固定層形成工程、イオン照射工程）
磁化固定層形成工程Ｓ２０は、第１実施形態に係る光変調素子の製造方法（図３参照）と同様に、絶縁膜成膜工程Ｓ２１と、磁化固定層マスク形成工程Ｓ２２と、絶縁膜除去工程Ｓ２３と、エッチングストッパ膜除去工程Ｓ２４と、磁化固定層成膜工程（磁性膜成膜工程）Ｓ２５と、を行う。本変形例においては、次に、イオン照射工程Ｓ３２を行い、その後、リフトオフ工程Ｓ２７を行う。本変形例に係る光変調素子の製造方法においては、第４実施形態と同様、イオンＮｇ+に対するマスク（シールド）を、その遮蔽対象である磁化固定層１１，１２を成形するためのレジストマスクＰＲ２で形成する。すなわち、レジストマスクＰＲ２を形成する磁化固定層マスク形成工程Ｓ２２が、イオン照射工程Ｓ３２のためのマスク工程を兼ねている。
【０１５１】
磁化固定層成膜工程Ｓ２５を行った後は、図２６（ａ）に示すように、第１磁化固定層１１の保磁力が低減される前の光変調素子１が基板８上に形成され、さらに光変調素子１，１間および光変調素子１内の間隙を埋める絶縁層６２が形成されている。また、絶縁層６２上に、磁化固定層１１，１２が形成されている領域を空けたレジストマスクＰＲ２が形成され、さらにレジストマスクＰＲ２の上に磁性膜等が積層されている。このような状態において、イオン照射工程Ｓ３２として、第１磁化固定層１１の設けられた側である左方に傾斜した入射角θib（０°＜θib＜９０°）でイオンビームを照射する。
【０１５２】
図２６（ｂ）に示すように、本変形例においては、第２磁化固定層１２は、当該第２磁化固定層１２の周囲の絶縁層６２の上に形成されたレジストマスクＰＲ２およびその上に積層された磁性膜等の影（同図で網掛けを付した領域）になってイオンＮｇ+が到達せず、保磁力が変化しない。一方、第１磁化固定層１１においては、イオンビームが照射される左方の磁化自由層３上の領域の外には、レジストマスクＰＲ２等の影になってイオンＮｇ+が到達しないが、磁化自由層３上の領域には到達してこの領域の保磁力が低減する。また、レジストマスクＰＲ２が、絶縁膜除去工程Ｓ２３およびエッチングストッパ膜除去工程Ｓ２４で絶縁層６２等のエッチングに伴い減肉される。そのため、第４実施形態と同様、イオン照射工程Ｓ３２におけるレジストマスクＰＲ２の厚さを管理し、中間層２１，２２から保護膜４１，４２までの３層の厚さとの合計ｔに応じて、イオンビームの入射角θibを設定する。具体的には、第１磁化固定層１１、第２磁化固定層１２のＸ方向長をそれぞれｘp1，ｘp2で表し、そのうちの磁化自由層３上における長さをｘjで表すと、ｘp2／ｔ≦ｔａｎθib≦(ｘp1−ｘj)／ｔが成立するように、イオンビームの入射角θibを設定する。
【０１５３】
（配線形成工程）
第４実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法において、磁化自由層形成工程Ｓ１０、磁化固定層形成工程Ｓ２０、およびイオン照射工程Ｓ３２を行った後は、第４実施形態と同様に、配線形成工程Ｓ４０（図４、図７参照）または配線形成工程Ｓ４０Ａ（図９、図１０参照）を行って、光変調素子１を配列した空間光変調器１０が得られる。
【０１５４】
本変形例に係る光変調素子の製造方法で製造された光変調素子１は、第１磁化固定層１１が、磁化自由層３上から外側へ拡張した領域においては、イオンが照射されないので保磁力が第２磁化固定層１２と同等である。そのため、初期設定により、第１磁化固定層１１のこの領域においては、その形状や面積にもよるが、第２磁化固定層１２と同じ磁化方向に固定されるが、磁化自由層３上に積層していない領域であるので、光変調素子１の動作（磁化自由層３の磁化反転）へは影響しない。
【０１５５】
第４実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法においては、中間層２１，２２が絶縁膜からなるＴＭＲ素子の障壁層である場合は、第１、第４実施形態と同様に、中間層２１，２２にＭｇＯやＡｌ2Ｏ3を適用してエッチングストッパ膜とした障壁層２Ａを備える光変調素子１Ａを製造することができる。さらに、このような第４実施形態の変形例に係る光変調素子１Ａは、磁化自由層３にもＲＥ−ＴＭ合金を適用することができる（図１１に示す第１実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法参照）。また、第４実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法により、第１、第４実施形態と同様に、図１４に示す磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｂを製造することもでき、さらに磁化固定層形成工程Ｓ２０Ａ（図１１参照）を追加して、エッチングストッパ膜６１を障壁層２３にしてその上に副磁化固定層１３を形成することにより、磁壁移動記憶素子１Ｅ（図１６参照）を製造することもできる。
【０１５６】
以上のように、第４実施形態およびその変形例に係る磁性素子の製造方法によれば、第１実施形態と同様に、並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子、または磁壁移動素子であって、保磁力の大きさが互いに異なる２つの磁化固定層を備える光変調素子または記憶素子、およびこれらの磁性素子を搭載した空間光変調器または磁気メモリを製造するために、２つの磁化固定層を同時に形成することができ、かつ一方の保磁力を小さくするために新たなマスクを用意する必要がない。さらに、本実施形態に係る磁性素子の製造方法においては、当該磁性素子に接続する電極を形成する前に、保磁力の異なる２つの磁化固定層を備える磁性素子を形成することができ、電極が、磁性素子に接続可能な範囲で所望の形状に設計され得る。
【０１５７】
〔第５実施形態〕
第１〜第４実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、磁化自由層または磁性細線の上に２つの磁化固定層を形成したトップピン（ボトムフリー）型の並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子または磁壁移動素子を製造しているが、２つの磁化固定層の上に磁化自由層を形成したボトムピン（トップフリー）型の光変調素子を製造して、下側に一対の電極を接続することもできる。以下、本発明の第５実施形態に係る光変調素子の製造方法について説明する。第１〜第４実施形態（図１〜２６参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１５８】
本発明の第５実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子１Ｃ（適宜、第５実施形態に係る光変調素子１Ｃと称する）は、図２７に示す空間光変調器１０Ａの画素として搭載されて、上方から入射した光を反射して上方へ出射する。図２８に示すように、本実施形態に係る光変調素子１Ｃは、断面視が凹字型の第４実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子１（図２５（ｄ）参照）を、中間層２１，２２から障壁層２１Ａ，２２Ａに置き換え、さらに積層順を入れ替えてほぼ上下反転した構造の並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子である。詳しくは、光変調素子１Ｃは、第１磁化固定層１１と第２磁化固定層１２の２つの磁化固定層（保磁力の異なる複数の磁性領域）が同一面で離間して配置され、第１磁化固定層１１の上に障壁層２１Ａが、第２磁化固定層１２の上に障壁層２２Ａがそれぞれ積層され、さらにこれらの上に１つの磁化自由層３が積層されている。光変調素子１Ｃは、必要に応じてさらに、磁化固定層１１，１２のそれぞれの下に下地膜４５，４６を備え、磁化自由層３の上に保護膜４３Ａを備える。また、図２８に示す光変調素子１Ｃは、第１電極５１Ａ、第２電極５２Ａを一対の電極として、下地膜４５，４６を介して２つの磁化固定層１１，１２に接続されている。
【０１５９】
磁化固定層１１，１２および磁化自由層３は、第１実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子１における磁化固定層１１，１２および磁化自由層３とそれぞれ同様の形状（厚さ、面積）であり、また、耐熱性および耐酸化性に優れたＣｏ／Ｐｄ多層膜等で形成されることが好ましい。本実施形態に係る光変調素子１Ｃでは、第２磁化固定層１２の保磁力Ｈcp2の方が小さい、すなわち、Ｈcf<<Ｈcp2＜Ｈcp1とする。これは、後記製造方法にて説明するように、磁化固定層１１，１２と同時に形成される電極５１Ａ，５２Ａの接続層５１ｆ，５２ｆについて、第２電極５２Ａの接続層５２ｆの方が平面視形状が大きい（Ｘ方向に長い）ことによる。
【０１６０】
障壁層２１Ａおよび障壁層２２Ａは、第１実施形態に係る光変調素子の製造方法にて製造される光変調素子１における保護膜４１，４２のように、それぞれ磁化固定層１１，１２へのイオン照射の際の保護膜になる。そのため、第２磁化固定層１２上の障壁層２２Ａがイオンビームを照射されて薄肉化されて、障壁層２１Ａよりも薄く、すなわち障壁層２１Ａ，２２Ａは、同時に成膜されるが互いに厚さが異なる。したがって、光変調素子１Ｃにおいて、このような障壁層２１Ａ，２２Ａの上に成膜される磁化自由層３に段差が生じることになるが、磁化反転に影響のない範囲に抑制される。そのために、障壁層２１Ａ，２２Ａは、厚さがそれぞれ０．６〜２ｎｍ程度とすると共に、互いの差を１ｎｍ未満にし、０．５ｎｍ未満にすることが好ましい。そのために、障壁層２１Ａ，２２Ａは、第２磁化固定層１２の保磁力を低減させるためのイオン照射による減肉の極めて少ない、ＴＭＲ素子の障壁層の材料でも特にエッチングレートの遅いＭｇＯが適用され、このような構成により、さらにイオン照射の条件にもよるが、厚さの差を０．２〜０．３ｎｍ程度に抑制することができる。また、障壁層２１Ａ，２２Ａ、特に薄肉化される障壁層２２Ａは、イオン照射の後のレジストマスク除去において第２磁化固定層１２の保護膜とするために、前記レジストマスク除去の前の段階（イオン照射完了時）で厚さが１ｎｍ以上であることが好ましい。
【０１６１】
（下地膜）
下地膜４５および下地膜４６は、光変調素子１Ｃ（磁化固定層１１，１２）の電極５１，５２への密着性を得るために、必要に応じて設けられ、磁化固定層１１，１２を形成する磁性膜を連続して成膜する。下地膜４５，４６は、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕ等の非磁性金属材料で形成される。下地膜４５，４６は、厚さが１ｎｍ未満であると連続した膜を形成し難いので、１ｎｍ以上が好ましく、３ｎｍ以上がより好ましく、また、１０ｎｍ以下が好ましい。
【０１６２】
（保護膜）
保護膜４３Ａは、光変調素子１Ｃの製造時におけるダメージから磁化自由層３を保護するために、最上層に設けられている。保護膜４３Ａは、光変調素子１の下地膜４３と同様に、非磁性金属材料またはＭｇＯ等の絶縁膜で形成され、厚さが１ｎｍ以上が好ましく、３ｎｍ以上がより好ましい。また、保護膜４３Ａは、非磁性金属材料で形成されている場合、過剰に厚いと光の透過が妨げられるので、１０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましい。
【０１６３】
（空間光変調器）
第５実施形態に係る光変調素子を画素に備える空間光変調器について、図面を参照してその構成を説明する。
図２７に示すように、空間光変調器１０Ａは、ソース７ｓ、ドレイン７ｄ、ゲート７ｇからなるトランジスタ７１（図１５参照）を画素毎に表層に形成された基板７０と、基板７０上に２次元アレイ状に配列された光変調素子１Ｃと、平面視でＹ方向に延設して光変調素子１Ｃに接続する第１電極（Ｘ配線）５１Ａと、光変調素子１Ｃとドレイン７ｄとを接続する第２電極５２Ａと、Ｘ方向に延設してソース７ｓに接続するＹ配線５４と、Ｙ方向に延設してゲート７ｇに接続するゲート配線（ワード線）５５と、光変調素子１Ｃ，１Ｃ間、および電極５１Ａ，５２Ａ、Ｙ配線５４、ゲート配線５５のそれぞれの間を絶縁する絶縁層６と、を備える。空間光変調器１０Ａにおいて、基板７０側（下）から、ゲート配線５５、Ｙ配線５４、Ｘ配線５１Ａ、の順に設けられ、さらにその上に光変調素子１Ｃが配列される。なお、第２電極５２Ａは、基板７０と光変調素子１Ｃとの間の厚さ方向全体にわたって設けられる。また、空間光変調器１０Ａは、空間光変調器１０と同様に、４行×４列の１６個の画素（光変調素子）を配列した構成で例示される。
【０１６４】
空間光変調器１０Ａは、光の入射面が上面であり、光変調素子１Ｃに上方から入射した光を変調して上方へ出射する反射型の空間光変調器である。また、図１５に示すように、空間光変調器１０Ａは、選択トランジスタ型のＭＲＡＭと同じ回路構造であり、ＭＲＡＭにおける選択したメモリセルへの書込みと同様に、所望の画素を選択して、光変調素子１Ｃの磁化自由層３の磁化方向を変化させることができる。そして、空間光変調器１０Ａは、画素毎の磁化自由層３の磁化方向に応じて、入射した光の偏光方向を変化（回転）させて出射する（特許文献１，２，４，５参照）。以下、空間光変調器を構成する、光変調素子以外の各要素を詳細に説明する。
【０１６５】
（電極）
第１電極５１Ａは、第１実施形態の空間光変調器１０の第１電極５１と同様に、光変調素子１Ｃの第１磁化固定層１１に接続し、Ｘ配線としてＹ方向において共有される。本実施形態では、第１電極５１Ａは、第１電極５１に相当するＹ方向に延設された帯状の配線層５１ｄと、その上方に絶縁層６（６６）を挟んで設けられて第１磁化固定層１１に直接に接続する接続層５１ｆと、接続層５１ｆと配線層５１ｄとを接続するコンタクト部５１ｃと、からなる。一方、第２電極５２Ａは、画素（光変調素子１Ｃ）毎に設けられ、光変調素子１Ｃの第２磁化固定層１２に直接に接続する接続層５２ｆと、配線層５１ｄと同じ高さ位置に設けられた中継層５２ｂと、中継層５２ｂと接続層５２ｆとを接続するコンタクト部５２ｃと、中継層５２ｂと基板７０表層のトランジスタ７１のドレイン７ｄとを接続するコンタクト部（図示省略）と、からなる。Ｙ配線５４は、第１実施形態の空間光変調器１０の第２電極５２の配線層５２ｄに相当し、一方向に、ここではＸ方向に延設された配線状に形成され、トランジスタ７１のソース７ｓに接続する。ゲート配線（ワード線）５５は、平面視でＹ配線５４と直交し、すなわちＹ方向に延設された配線状に形成され、トランジスタ７１のゲート７ｇに接続する。
【０１６６】
また、光変調素子１Ｃ、特にＴＭＲ素子が形成される下地を絶縁層６６で平滑な面に形成するために、第１電極５１Ａおよび第２電極５２Ａのコンタクト部５１ｃ，５２ｃは、平面視で光変調素子１Ｃが形成される領域の外側に設けられることが好ましい。そして、光変調素子１Ｃに直接に接続する接続層５１ｆ，５２ｆは、コンタクト部５１ｃ，５２ｃと接続するために、平面視で光変調素子１Ｃが形成される領域の外側へ拡張して形成される。また、接続層５１ｆ，５２ｆは、光変調素子１Ｃの磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜を連続して成膜して、同じレジストマスクで成形され、さらにレジストマスクを前記磁性膜へのイオン照射のマスクにする。そのため、接続層５１ｆ，５２ｆの少なくとも一方は、第１実施形態に係る光変調素子１に接続する第１電極５１と同様に、Ｘ方向長が磁化固定層１１，１２の２倍以上に形成される。しかし、光変調素子１Ｃ，１Ｃの間隔が相当に広く設けられていないと、接続層５１ｆ，５２ｆの両方をＸ方向に拡張して形成することは困難である。ここで、Ｙ方向に並ぶ光変調素子１Ｃのそれぞれの第１磁化固定層１１は、共通の第１電極５１Ａに接続される。そこで、第１電極５１Ａの接続層５１ｆは配線層５１ｄに沿うようにＹ方向に拡張させて形成し、光変調素子１Ｃ（第１磁化固定層１１）のＹ方向における外側に設けたコンタクト部５１ｃで配線層５１ｄに接続する。一方、第２電極５２Ａの接続層５２ｆは、Ｘ方向に光変調素子１Ｃの外側へ拡張して形成される。
【０１６７】
第１電極５１Ａ、第２電極５２Ａ、Ｙ配線５４、およびゲート配線５５は、それぞれ第１実施形態の電極５１，５２と同様に、一般的な金属電極材料で形成される。ただし、第１電極５１Ａおよび第２電極５２Ａの接続層５１ｆ，５２ｆは、光変調素子１Ｃの磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜を連続して成膜して形成され、これら磁化固定層１１，１２の下地として平滑に形成される。そのために、例えばＣｕであれば表面が粗くなる５０ｎｍ程度以上の厚さとせず、Ｃｕ単層は厚さ１５ｎｍ程度として、厚さ３ｎｍ程度のＴａ膜を挟んで積層を繰り返して必要な総厚としたＣｕ／Ｔａ多層膜で形成されることが好ましい。
【０１６８】
（基板）
基板７０は、光変調素子１Ｃを２次元配列するための土台であり、さらに空間光変調器１０Ａにトランジスタ７１を備えるための基板である。このような基板７０は、ｐ型Ｓｉ基板（ｐ−ｓｕｂ）や結晶Ｓｉ膜を成膜したガラス基板等に、公知の方法でＭＯＳＦＥＴを形成したものである。
【０１６９】
（絶縁層）
絶縁層６は、空間光変調器１０Ａの間隙を埋めるように、光変調素子１Ｃ内の間隙および隣り合う光変調素子１Ｃ，１Ｃ間、ならびに電極５１Ａ，５２Ａ、配線５４，５５の互いの間を絶縁するために設けられる。詳しくは、光変調素子１Ｃ内の間隙および隣り合う光変調素子１Ｃ，１Ｃ間、ならびに接続層５１ｆ，５２ｆ間に設けられる絶縁層６を、絶縁層（エッチングストッパ膜）６１および絶縁層６２，６４と称し、電極５１Ａ，５２Ａの接続層５１ｆ，５２ｆを除く部分および配線５４，５５の互いの間に設けられる絶縁層６を、絶縁層６６と称する。絶縁層６は、第１実施形態と同様、公知の無機絶縁材料を適用することができ、特に絶縁層６２，６４は、絶縁性の高いＳｉＯ2で形成されていることが好ましい。さらに、本実施形態においては、絶縁層６６は、光変調素子１Ｃを形成する前に設けられるので、半導体装置の層間絶縁膜に適用されるＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass）やＰＳＧ（Phosphorus Silicon Glass）を適用されてもよい。
【０１７０】
〔第５実施形態：光変調素子の製造方法〕
本発明の第５実施形態に係る光変調素子の製造方法（磁性素子の製造方法）を、光変調素子が２次元配列された空間光変調器（図２７参照）の製造にて、図２９〜３２を参照して説明する。本実施形態においては、基板上に、配線および電極をそれらの間を埋める絶縁層と共に形成し、光変調素子に接続する電極を上面に露出させる配線形成工程Ｓ４０Ｄを行った後に、光変調素子を形成して空間光変調器を製造する。はじめに、ＭＯＳＦＥＴを備える基板７０を製造する方法について説明する。
【０１７１】
（配線形成工程）
ＭＯＳＦＥＴを備える基板７０は、半導体装置およびその多層配線の形成と同様に得られる。はじめに、Ｓｉ基板の表層にＭＯＳＦＥＴでトランジスタ７１を形成して、基板７０を製造する（Ｓ１１）。一例としては、ｐ型シリコン（Ｓｉ）基板に、隣り合うソース７ｓ，７ｓ間、ドレイン７ｄ，７ｄ間を絶縁するＳｉＯ2の埋込みを行い、表面に薄い酸化膜（ＳｉＯ2膜）を形成し、その上にｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を成膜してゲート７ｇを形成する。ｎ型不純物イオンを注入して、ソース７ｓおよびドレイン７ｄとする。
【０１７２】
次に、電極５１Ａ，５２Ａおよび配線５４，５５、ならびにこれらの間を埋める絶縁層６６を形成し（Ｓ４９Ａ）、上面を平坦化する（Ｓ４６）。基板７０上に層間絶縁膜（絶縁層６６）を成膜して、トランジスタ７１のソース７ｓ、ドレイン７ｄ、ゲート７ｇのそれぞれの上にホール（ビア）を形成し、このホールに金属電極材料を埋め込んで、Ｙ配線５４、ゲート配線５５、第２電極５２Ａのそれぞれのトランジスタとの接続部を形成する。さらに、絶縁膜の成膜および加工、ならびに金属電極材料の成膜を繰り返して、Ｙ配線５４およびゲート配線５５を形成し、さらに第２電極５２Ａの中継層５２ｂ、ならびにＸ配線５１Ａの配線層５１ｄまでを形成する。
【０１７３】
さらに絶縁膜（絶縁層６６）を成膜し、配線層５１ｄ、中継層５２ｂ上の、光変調素子１Ｂを形成する領域の外にホールを形成する。その上に金属電極材料を成膜して絶縁層６６の開口部に埋め込み、化学的機械研磨（ＣＭＰ）等で上面を研削、研磨して、ホールの外の金属電極材料を除去し、さらに上面を平坦化、平滑化する。これらの工程により、配線層５１ｄ、中継層５２ｂに接続したコンタクト部５１ｃ，５２ｃが上面に露出して形成され、上面のそれ以外の領域が絶縁層６６で平滑に形成される。平坦化された上面は、光変調素子１Ｃの形成のための基準面（図２８に一点鎖線で示す）となり、その表面粗さがより平滑であることが好ましく、具体的には算術平均粗さＲａで０．５ｎｍ以下であることが好ましい。特にＴＭＲ素子を有する光変調素子１Ｃにおいて、その下地である絶縁層６６の上面を平坦に調整することで、障壁層２１Ａ，２２Ａの、磁化固定層１１，１２、磁化自由層３とのそれぞれの界面の平坦性が良好となり、磁気トンネル接合に好ましい。
【０１７４】
以下、図３０（ａ）に示す絶縁層６６の上面を基準面（図２８の一点鎖線）として、その上に光変調素子１Ｃを形成して空間光変調器１０Ａを製造する方法を説明する。なお、図３０〜３２において、基準面から下は、基板７０等を省略して、上面近傍における第２電極５２Ａのコンタクト部５２ｃ、および絶縁層６６のみを示す。
【０１７５】
図２９に示すように、本実施形態に係る光変調素子の製造方法は、第１電極５１Ａおよび第２電極５２Ａの接続層５１ｆ，５２ｆを形成し、磁化固定層１１，１２および障壁層２１Ａ，２２Ａ、ならびに接続層５１ｆ，５２ｆ間および磁化固定層１１，１２間等を埋める絶縁層６を形成する磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｂを行い、その最後のリフトオフ工程Ｓ２７の前に、第２磁化固定層１２を構成する磁性膜にイオンを照射するイオン照射工程Ｓ３２を行い、その後、磁化自由層３および光変調素子１Ｃ，１Ｃ間を埋める絶縁層６を形成する磁化自由層形成工程Ｓ１０Ｂを行う。以下、光変調素子１Ｃを形成するための各工程について詳細に説明する。
【０１７６】
（磁化固定層形成工程、イオン照射工程）
磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｂは、エッチングストッパ膜６１を成膜するエッチングストッパ膜成膜工程Ｓ１２と、絶縁層６２を成膜する絶縁膜成膜工程Ｓ２１と、接続層５１ｆ，５２ｆおよび磁化固定層１１，１２が形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ２Ｂを形成する磁化固定層マスク形成工程（マスク工程）Ｓ２２Ｂと、絶縁層６２をエッチングする絶縁膜除去工程Ｓ２３と、エッチングストッパ膜６１をエッチングするエッチングストッパ膜除去工程Ｓ２４と、金属電極材料を成膜する電極成膜工程Ｓ４３Ａと、磁化固定層１１，１２および障壁層２１Ａ，２２Ａを構成する材料を成膜する磁化固定層成膜工程（磁性膜成膜工程）Ｓ２５Ｂと、を行い、次に、イオン照射工程Ｓ３２を行ってから、リフトオフ工程Ｓ２７を行う。
【０１７７】
本実施形態に係る光変調素子の製造方法においては、第４実施形態と同様、イオンＮｇ+に対するマスク（シールド）を、その遮蔽対象である磁化固定層１１，１２を成形するためのレジストマスクＰＲ２Ｂで形成する。すなわち、レジストマスクＰＲ２Ｂを形成する磁化固定層マスク形成工程Ｓ２２Ｂが、イオン照射工程Ｓ３２のためのマスク工程を兼ねている。
【０１７８】
図３０（ａ）に示す絶縁層６６上に、エッチングストッパ膜６１を構成するＭｇＯ膜を成膜し（Ｓ１２）、引き続いて、絶縁層６２としてＳｉＯ2等の絶縁膜を、エッチングストッパ膜６１との合計で、接続層５１ｆ，５２ｆ、下地膜４５，４６、磁化固定層１１，１２、および障壁層２１Ａ，２２Ａの合計の厚さに合わせて成膜する（Ｓ２１）。次に、図３０（ｂ）に示すように、絶縁層６２上に、第１電極５１Ａおよび第２電極５２Ａの接続層５１ｆ，５２ｆが形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ２Ｂを形成する（Ｓ２２Ｂ）。そして、第１実施形態に係る光変調素子の製造方法の磁化固定層形成工程Ｓ２０（図３、図６（ｂ）、（ｃ）参照）と同様に、図３０（ｃ）、（ｄ）に示すように、絶縁層６２をＲＩＥ等で除去し（Ｓ２３）、引き続いてエッチングストッパ膜６１をイオンミリング等で除去して（Ｓ２４）、絶縁層６６およびコンタクト部５１ｃ（図示せず）、５２ｃを露出させる。次に、Ｃｕ膜とＴａ膜とを交互に成膜、積層したＣｕ／Ｔａ多層膜で、接続層５１ｆ，５２ｆを絶縁層６１，６２のエッチング跡に形成する（Ｓ４３Ａ）。引き続いて、下地膜４５，４６を構成する金属膜、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜、および障壁層２１Ａ，２２Ａを構成するＭｇＯ膜を連続して成膜して（Ｓ２５Ｂ）、接続層５１ｆ，５２ｆ上に積層する。これらの工程により、図３１（ａ）に示すように、絶縁層６６上に、第１電極５１Ａおよび第２電極５２Ａの接続層５１ｆ，５２ｆ、ならびに接続層５１ｆ，５２ｆと同一の平面視形状の下地膜４５，４６、磁化固定層１１，１２、および障壁層２１Ａ，２２Ａが積層され、また、これらの間を埋める絶縁層６１，６２が積層されている。さらに、絶縁層６２上には、レジストマスクＰＲ２Ｂ、Ｃｕ／Ｔａ多層膜および磁性膜等が積層されている。ただし、この段階では、第１磁化固定層１１および第２磁化固定層１２は保磁力が同等である。
【０１７９】
イオン照射工程Ｓ３２として、図３１（ｂ）に示すように、レジストマスクＰＲ２Ｂおよびその上のＣｕ／Ｔａ多層膜や磁性膜等をマスク（シールド）にして、第２磁化固定層１２が設けられる右方に傾斜した入射角θibでイオンビームを照射する。本実施形態においては、第４実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法（図２６参照）と磁化固定層１１，１２が入れ替わる。すなわち、第１磁化固定層１１は、レジストマスクＰＲ２Ｂ等の影（図３１（ｂ）で網掛けを付した領域）になってイオンＮｇ+が到達せず、保磁力が変化しない。一方、第２磁化固定層１２においては、イオンビームが照射される右方の磁化自由層３が形成される領域の外には、レジストマスクＰＲ２Ｂ等の影になってイオンＮｇ+が到達しないが、磁化自由層３の下になる領域には到達してこの領域の保磁力が低減する。
【０１８０】
そのために、イオンＮｇ+が第２磁化固定層１２の磁化自由層３が形成される領域に照射され、かつ第１磁化固定層１１の磁化自由層３が形成される領域に照射されないように、接続層５１ｆ，５２ｆ、および下地膜４５，４６から障壁層２１Ａ，２２Ａまでの厚さとの合計ｔに応じて、イオンビームの入射角θibを設定する。具体的には、完成後の光変調素子１Ｃにおける磁化固定層１１，１２のそれぞれのＸ方向長をｘp，ｘpで表し、接続層５２ｆのＸ方向長を（２ｘp＋α）（α≧０）で表すと、ｘp／ｔ≦ｔａｎθib≦(ｘp＋α)／ｔが成立するように、イオンビームの入射角θibを設定する。また、レジストマスクＰＲ２Ｂが、第４実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法と同様に、絶縁膜除去工程Ｓ２３およびエッチングストッパ膜除去工程Ｓ２４でエッチングに伴い減肉されているので、イオン照射工程Ｓ３２におけるレジストマスクＰＲ２Ｂの厚さを管理する。イオン照射工程Ｓ３２の後、レジストマスクＰＲ２Ｂをその上のＣｕ／Ｔａ多層膜や磁性層等ごと除去する（Ｓ２７）。
【０１８１】
磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｂおよびイオン照射工程Ｓ３２により、図３１（ｃ）に示すように、絶縁層６６上に、露出した第１電極５１Ａおよび第２電極５２Ａのコンタクト部５１ｃ，５２ｃに接続する接続層５１ｆ，５２ｆ、ならびに接続層５１ｆ，５２ｆと同一の平面視形状の下地膜４５，４６、磁化固定層１１，１２、および障壁層２１Ａ，２２Ａが積層され、さらにこれらの間を埋める絶縁層６１，６２が積層されて、上面が平坦、平滑に形成されている。
【０１８２】
（磁化自由層形成工程）
磁化自由層形成工程Ｓ１０Ｂは、磁化自由層３を構成する材料を成膜する磁化自由層成膜工程Ｓ１１Ｂと、光変調素子１Ｃ（磁化自由層３）が形成される領域を覆うレジストマスクＰＲ１を形成する磁化自由層マスク形成工程Ｓ１３と、エッチングにより光変調素子１Ｃに加工する光変調素子成形工程Ｓ１４Ａと、絶縁層６４を構成する絶縁膜を成膜する絶縁膜成膜工程Ｓ１５Ａと、レジストマスクＰＲ１を除去するリフトオフ工程Ｓ１７と、を行う。
【０１８３】
まず、障壁層２１Ａ，２２Ａおよびこれらの間を埋める絶縁層６２の上に、磁化自由層３を構成する磁性膜、および保護膜４３Ａを構成する金属膜を連続して成膜する（Ｓ１１Ｂ）。このとき、磁性膜の成膜前に、障壁層２１Ａ，２２Ａ等の表面へエッチングされない程度にイオン等を照射してクリーニングすることが好ましい。次に、図３２（ａ）に示すように、保護膜４３Ａ上に、光変調素子１Ｃが形成される領域を覆うレジストマスクＰＲ１を形成し（Ｓ１３）、図３２（ｂ）に示すように、イオンミリング等で保護膜４３Ａから磁化固定層１１，１２まで、あるいはさらに下地膜４５，４６までをエッチングして、光変調素子１Ｃを成形する（Ｓ１４Ａ）。そして、ＳｉＯ2等の絶縁膜を、光変調素子１Ｃ（保護膜４３Ａ）の上面の高さまで成膜して（Ｓ１５Ａ）、光変調素子１Ｃ，１Ｃ間を埋める絶縁層６４を形成し、レジストマスクＰＲ１をその上のＳｉＯ2膜ごと除去する（Ｓ１７）。
【０１８４】
磁化自由層形成工程Ｓ１０Ｂにより、図３２（ｃ）に示すように、電極５１Ａ，５２Ａに接続した光変調素子１Ｃ、および光変調素子１Ｃ，１Ｃ間を埋める絶縁層６（６１，６２，６４）が形成される。図２８および図３２においては、光変調素子成形工程Ｓ１４Ａにより、下地膜４５，４６まで加工されているが、少なくとも磁化自由層３が光変調素子１Ｃ毎に完全に分離されればよく、その下の障壁層２１Ａ，２２Ａ、さらには磁化固定層１１，１２の上層の一部または全部が、接続層５１ｆ，５２ｆと同じ平面視形状で残存してもよい（後記変形例参照）。一方、接続層５１ｆ，５２ｆも一部エッチングされてもよいが、電極５１Ａ，５２Ａとして必要な厚さで残存させる。
【０１８５】
本実施形態に係る光変調素子の製造方法で製造された光変調素子１Ｃは、前記したように、障壁層２２Ａが障壁層２１Ａよりも０．２〜０．３ｎｍ程度薄い。このような障壁層２１Ａ，２２Ａの厚さの微小な差は、その上の磁化自由層３において、磁化反転における磁壁のトラップになり得るほどの段差ではない。一方で、この厚さの差は、厚さ１ｎｍ程度のＴＭＲ素子の障壁層としては大きく、第１磁化固定層１１−障壁層２１Ａ−磁化自由層３と、第２磁化固定層１２−障壁層２２Ａ−磁化自由層３との各抵抗値に差を生じる。その結果、磁化自由層３の磁化反転により、第１電極５１Ａと第２電極５２Ａとの間の抵抗値が変化する。したがって、このような光変調素子１Ｃを搭載した空間光変調器１０Ａは、ＭＲＡＭの読出しと同様の方法で、書込みのエラーを検出することができる（特許文献５参照）。
【０１８６】
イオン照射工程Ｓ３２においては、イオンビームをＹ方向に傾斜させて照射することもできる。この場合、空間光変調器１０Ａは、第１電極５１Ａの接続層５１ｆが配線層５１ｄと同様にＹ方向に延設して形成される。そのため、イオンＮｇ+が第１磁化固定層１１に照射され、かつ第２磁化固定層１２に照射されない。したがって、この場合、光変調素子１Ｃは、第１磁化固定層１１の保磁力Ｈcp1の方が小さい（Ｈcp1＜Ｈcp2）。具体的には、第１実施形態に係る光変調素子の製造方法にて説明したように、第２磁化固定層１２のＹ方向長をｙpで表し、接続層５２ｆの、第２磁化固定層１２の外側へＹ方向における一方に拡張した長さをβ（≧０）で表すと、ｔａｎ|θib|≧(ｙp＋β)／ｔを満足すればよい。さらに、このような空間光変調器１０Ａは、第１磁化固定層１１同士、第２磁化固定層１２同士が隣り合うように、光変調素子１Ｃを配列することもできる。
【０１８７】
（空間光変調器の別の形態）
光変調素子１Ｃを配列した空間光変調器は、第１実施形態等に係る光変調素子１，１Ａを搭載した空間光変調器１０（図１参照）のように、クロスポイント型のＭＲＡＭと同じ回路構造としてもよい。
【０１８８】
〔第５実施形態の変形例：磁壁移動素子およびその製造方法〕
第５実施形態に係る光変調素子の製造方法で、イオン照射工程Ｓ３２における磁化固定層１１，１２の一時的な保護膜としているＭｇＯ膜からなる障壁層２１Ａ，２２Ａを、その後に除去することにより、第１実施形態と同様に磁壁移動素子（図１４参照）を製造することができる。以下、第５実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法、およびこの製造方法にて製造される光変調素子（以下、適宜、第５実施形態の変形例に係る光変調素子と称する）について説明する。本変形例に係る光変調素子の製造方法および光変調素子において、第５実施形態（図２７〜３２参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１８９】
（光変調素子）
図３４（ｅ）に示すように、第５実施形態の変形例に係る磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｄは、光変調素子１Ｃ（図２８参照）から障壁層２１Ａ，２２Ａを削除した、図１４に示す第１実施形態に係る磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｂの積層順を入れ替えてほぼ上下反転した構造である。ただし、光変調素子１Ｄは、相対的に保磁力Ｈcp2の小さい第２磁化固定層１２が、第１磁化固定層１１よりも厚さが薄く、そのため、その上の磁性細線３Ｂが、光変調素子１Ｃの磁化自由層３と同様に、第２磁化固定層１２上の領域とその外側の磁壁移動領域３DWM（図１４（ｂ）参照）との境界に段差を有する。磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｄにおいては、磁性細線３Ｂの磁壁が磁壁移動領域３DWMで移動することができるように、磁性細線３Ｂが磁壁移動領域３DWMにおいて平坦であればよいので、前記境界での段差は動作の妨げにならない。具体的には、磁性細線３Ｂの段差は、磁性細線３Ｂの磁壁移動領域３DWMにおける厚さの４０％以下であることが好ましい。ただし、磁性細線３Ｂの段差（磁化固定層１１，１２の厚さの差）以上に第２磁化固定層１２の上面がエッチングされているので、第２磁化固定層１２の加工ダメージを低減するために、磁化固定層１１，１２の厚さの差は５ｎｍ以下とし、光変調素子１Ｄと同様に小さい（低い）ほど好ましい。その他の磁化固定層１１，１２および磁性細線３Ｂの各構成は、光変調素子１Ｂと同様であり、また、第５実施形態に係る光変調素子１Ｃと同様、耐熱性および耐酸化性に優れたＣｏ／Ｐｄ多層膜等で形成されることが好ましい。
【０１９０】
（磁壁移動素子を搭載した空間光変調器）
光変調素子１Ｄは、光変調素子１Ｃと同様に基板７０（図２７参照）上に２次元配列されて空間光変調器を構成する。また、磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｄは、磁性細線３Ｂが磁壁移動領域３DWMにおいて段差がなく平坦に形成されていればよいので、空間光変調器において、磁化固定層１１，１２が、電極５１Ａ，５２Ａのコンタクト部５１ｃ，５２ｃの直上で、接続層５１ｆ，５２ｆに積層して設けられていてよい。このような光変調素子１Ｄを搭載した空間光変調器は、光変調素子１Ｄおよびその配置、ならびに電極５１Ａ，５２Ａのコンタクト部５１ｃ，５２ｃの平面視における配置を除いて、図２７に示す空間光変調器１０Ａと同様の構造である。なお、接続層５１ｆ，５２ｆを設けず、コンタクト部５１ｃ，５２ｃ上に直接に（または下地膜４５，４６を介して）磁化固定層１１，１２が形成されていてもよい。
【０１９１】
光変調素子１Ｄは、図１４（ａ）に示す光変調素子１Ｂのように、磁壁移動領域３DWMを広く設けるために、空間光変調器において、磁性細線３Ｂの細線方向を面内で４５°傾斜させて配置される。さらに、前記したように、平面視で電極５１Ａ，５２Ａのコンタクト部５１ｃ，５２ｃを光変調素子１Ｄの外に設けなくてよいので、隣り合う光変調素子１Ｄ，１Ｄの間隔が狭く配置されている。そのため、磁化固定層１１，１２の一方を傾斜させたイオンビームが到達するように外側へ十分に拡張させた平面視形状とすることが困難である。また、Ｙ方向に傾斜させたイオンビームが到達するように、共通の第１電極５１Ａに接続するＹ方向に配列された第１磁化固定層１１同士を連続した形状に形成することも困難である。このように配列された光変調素子１Ｄは、例えば以下の製造方法で製造することができる。
【０１９２】
図３３に示すように、第５実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法は、第５実施形態に係る光変調素子の製造方法と同様に配線形成工程Ｓ４０Ｄを行った後に、電極５１Ａ，５２Ａの各接続層５１ｆ，５２ｆを構成する金属電極材料の層、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜、ならびに磁化固定層１１，１２間等を埋める絶縁層６を形成する磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｃを行い、リフトオフ工程Ｓ２７の前に第２磁化固定層１２を構成する磁性膜にイオンを照射するイオン照射工程Ｓ３２を行い、その後、磁性細線３Ｂ、および光変調素子１Ｄ，１Ｄ間を埋める絶縁層６を形成する磁性細線形成工程Ｓ１０Ｂを行う。以下、光変調素子１Ｄを形成するための各工程について、特に第５実施形態に係る光変調素子の製造方法と相違する工程を詳細に説明する。
【０１９３】
（磁化固定層形成工程、イオン照射工程）
磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｃは、図２９、図３０および図３１に示す第５実施形態の磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｂとほぼ同様である。ただし、磁化固定層成膜工程Ｓ２５Ｃにおいて、障壁層２１Ａ，２２Ａに代えて仮保護膜４Ａを、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜に連続して成膜する。さらに、リフトオフ工程Ｓ２７の次に、仮保護膜４Ａをエッチングして除去する保護膜除去工程Ｓ２８を追加して行う。また、絶縁膜成膜工程Ｓ２１において、絶縁層６２を、エッチングストッパ膜６１との合計で、接続層５１ｆ，５２ｆ、下地膜４５，４６、磁化固定層１１，１２、および仮保護膜４Ａの合計の厚さに完全に合わせなくてもよく、磁性細線３Ｂの段差の許容範囲であればよい。
【０１９４】
仮保護膜４Ａは、第３実施形態に係る製造方法における仮保護膜４Ａと同様、イオンビームを照射される際の磁化固定層１１，１２の一時的な保護膜で完成時には設けられていないが、光変調素子１の保護膜４１，４２や光変調素子１Ｃの障壁層２１Ａ，２２Ａと同様、磁化固定層１１，１２に直接に積層される。仮保護膜４Ａは、保護膜４１，４２や障壁層２１Ａ，２２Ａと同様、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕ、またはＭｇＯで形成され、特にエッチングレートの遅いＭｇＯが好ましい。また、仮保護膜４Ａは、イオン照射完了時で厚さが１ｎｍ以上であることが好ましく、第２磁化固定層１２上においてイオンビームを照射されるので、薄肉化される分を加算して成膜されることが好ましい。一方で、仮保護膜４Ａは、保護膜除去工程Ｓ２８でイオンミリング等の物理的エッチングにより除去されるので、厚いとエッチング量が多くなり、その下の磁化固定層１１，１２、特に薄肉化されている領域の下の第２磁化固定層１２の上面が荒れて、光変調素子１Ｄの特性に影響する虞がある。したがって、仮保護膜４Ａは、厚さが５ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以下がより好ましい。
【０１９５】
また、磁化固定層マスク形成工程Ｓ２２Ｂにおいて、第４実施形態に係る光変調素子の製造方法（図２４参照）と同様に、光変調素子１Ｄにおける磁化固定層１１，１２が形成される各領域の間を覆うレジストマスクＰＲ２Ａを形成する。すなわちレジストマスクＰＲ２Ａは、磁化固定層１１，１２が形成される各領域と共におよび細線方向に隣り合う光変調素子１Ｄ，１Ｄの間を一体に空けて形成され、本実施形態においては、電極５１Ａ，５２Ａのコンタクト部５１ｃ，５２ｃ上を空けて形成される。したがって、電極成膜工程Ｓ４３Ａにおいて、接続層５１ｆ，５２ｆが一体に、コンタクト部５１ｃ，５２ｃ上に形成される（図３４（ａ）〜（ｄ）において符号「５ｆ」を付して表す）。同様に、磁化固定層成膜工程Ｓ２５Ｃにおいて、下地膜４５，４６、磁化固定層１１，１２がそれぞれ一体に形成され、図３４（ａ）〜（ｄ）において、下地膜４５，４６は符号「４ｎ」を付して表す。
【０１９６】
そして、イオン照射工程Ｓ３２においては、第４実施形態と同様に、レジストマスクＰＲ２Ａおよびその上の磁性膜等をマスク（シールド）にして、ここでは、第２磁化固定層１２が設けられる右方に傾斜した入射角θibでイオンビームを照射する。これにより、図３４（ａ）に示すように、レジストマスクＰＲ２Ａが形成されている磁化固定層１１，１２間の絶縁層６２上の領域から左側の一定の幅（Ｘ方向長）がレジストマスクＰＲ２Ａの影（同図で網掛けを付した領域）になって、この領域にはイオンＮｇ+が到達せず、磁性膜の保磁力が変化しない。その結果、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜は、絶縁層６２を挟んで、第２磁化固定層１２が形成される領域においてイオンＮｇ+により保磁力が低減し、第１磁化固定層１１が形成される領域において成膜時の保磁力に維持される。イオンビームの入射角θibは、第４実施形態（図２４（ｃ）、（ｄ））と同様に設定することができる。
【０１９７】
イオン照射工程Ｓ３２の後、図３４（ｂ）に示すように、レジストマスクＰＲ２Ａをその上の磁性膜等ごと除去し（Ｓ２７）、保護膜除去工程Ｓ２８を行う。具体的には、図３４（ｃ）に示すように、全面をイオンミリング等の物理的エッチングで仮保護膜４Ａを除去して、磁化固定層１１，１２を露出させる。イオン照射工程Ｓ３２のイオンビームの照射で第２磁化固定層１２上の領域が薄肉化されているため、相対的に厚い領域を完全に除去すると、薄い分（イオン照射工程Ｓ３２でのエッチング量）、第２磁化固定層１２の上面が除去されて薄くなって、周囲よりも厚さ方向における位置が低くなる。また、同時に磁化固定層１１，１２間の絶縁層６２も薄くなる。そのため、絶縁層６２は、仮保護膜４Ａとのエッチングレートの差に応じて、保護膜除去工程Ｓ２８での減肉分を加味した厚さに絶縁膜成膜工程Ｓ２１で成膜されていることが好ましい。
【０１９８】
（磁性細線形成工程）
引き続いて、磁性細線形成工程Ｓ１０Ｂの磁化自由層成膜工程Ｓ１１Ｂを行う。本変形例では、磁化自由層３に代えて磁性細線３Ｂを形成する。すなわち図３４（ｄ）に示すように、磁性細線３Ｂおよび保護膜４３Ａを構成する各材料を連続して成膜する。そして、第５実施形態と同様に、磁化自由層マスク形成工程Ｓ１３、光変調素子成形工程Ｓ１４Ａ、絶縁膜成膜工程Ｓ１５Ａ、リフトオフ工程Ｓ１７を行う。ただし本変形例では、図３４（ｅ）に示すように、光変調素子成形工程Ｓ１４Ａにおいて、光変調素子１Ｄのすべての層、すなわち保護膜４３Ａから下地膜４５，４６（４ｎ）までを除去し、引き続いてさらにその下の電極５１Ａ，５２Ａの接続層５１ｆ，５２ｆ（５ｆ）を完全に除去する。これらの工程により、細線方向に隣り合う光変調素子１Ｄ，１Ｄ同士がその下に接続する電極５１Ａ，５２Ａも含めて完全に分離され、光変調素子１Ｄが形成される。また、この分離された接続層５１ｆ，５２ｆ間に、絶縁膜成膜工程Ｓ１５Ａで絶縁層６４が形成される。
【０１９９】
光変調素子１Ｄは、磁化固定層１１，１２と磁性細線３Ｂとの間にＲｕ等からなる磁気結合膜を備える構成としてもよく、磁化固定層成膜工程Ｓ２５Ｃにおいて、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜、磁気結合膜、仮保護膜４Ａを連続的に成膜する。このように製造された光変調素子１Ｄは、保護膜除去工程Ｓ２８で第２磁化固定層１２に代えてその上の磁気結合膜がエッチングされて薄肉化し、第２磁化固定層１２への加工ダメージを低減することができる。この場合、磁化固定層１１，１２のそれぞれの上の磁気結合膜が共に適切な厚さになるように、磁化固定層成膜工程Ｓ２５Ｃでの成膜時の厚さ、および保護膜除去工程Ｓ２８でのエッチング条件を調整する。さらに、仮保護膜４Ａを形成せずに、磁気結合膜を、第５実施形態に係る光変調素子の製造方法における障壁層２１Ａ，２２Ａのようにイオン照射工程Ｓ３２における保護膜として、保護膜除去工程Ｓ２８を行わずに光変調素子１Ｄを製造することもできる。ただし、前記と同様、磁化固定層１１，１２のそれぞれの上の磁気結合膜が共に適切な厚さになるように、イオン照射工程Ｓ３２での磁気結合膜のエッチング量を抑制する。
【０２００】
あるいは、保護膜除去工程Ｓ２８の後に、磁化自由層成膜工程Ｓ１１Ｂにおいて、磁気結合膜を成膜してから磁性細線３Ｂを構成する磁性膜を連続的に成膜してもよい。このように製造された光変調素子１Ｄは、磁気結合膜が、磁性細線３Ｂと同じ平面視形状に形成され、また、磁性細線３Ｂと共に段差を有する。また、同様の製造方法で光変調素子１Ｃを製造することもでき、磁化自由層成膜工程Ｓ１１Ｂにおいて、障壁層を構成する絶縁膜を成膜する。このように製造された光変調素子１Ｃは、第１実施形態の変形例に係る光変調素子１Ａのように、障壁層２１Ａ，２２Ａ同士の間の絶縁層を当該障壁層と一体にした１つの障壁層２Ａが設けられ、また、障壁層２Ａが、ＭｇＯのようなエッチングレートの遅い材料に限定されず、１ｎｍ未満等の所望の厚さで形成することができる。
【０２０１】
（磁壁移動素子の変形例：磁壁移動記憶素子）
第５実施形態の変形例に係る磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｄは、保護膜４３Ａに代えて障壁層２３を磁性細線３Ｂに積層し、さらにその上に磁壁移動領域３DWM内に副磁化固定層１３を積層して、磁壁移動領域３DWMを磁化自由層とするＴＭＲ素子を備えた３端子型の記憶素子（磁壁移動記憶素子）とすることもできる。このような磁壁移動記憶素子１Ｆ（図３５（ｂ）参照）は、第１実施形態の変形例に係る磁壁移動記憶素子１Ｅと同様に、磁気メモリのメモリセルの記憶素子として搭載される（図１６、図１７参照）。
【０２０２】
磁壁移動記憶素子１Ｆにおいて、磁化固定層１１，１２および磁性細線３Ｂは前記変形例に係る磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｄ（図３４（ｅ）参照）と、副磁化固定層１３および障壁層２３は、磁壁移動記憶素子１Ｅ（図１６（ｂ）参照）と、それぞれ同様の構成（磁性材料、寸法）とすることができる。また、副磁化固定層１３上の保護膜４４は、光変調素子１の保護膜４１，４２と同様の構成の金属膜で形成される。
【０２０３】
（磁壁移動記憶素子を搭載した磁気メモリ）
磁壁移動記憶素子１Ｆは、光変調素子１Ｃを配列した空間光変調器１０Ａ（図２７参照）と同様に、表層にトランジスタ７１を形成された基板７０上に配列されて、第２電極５２Ａでトランジスタ７１に接続し、さらに磁壁移動記憶素子１Ｆ上において、副磁化固定層１３に、第３電極５３およびダイオード７２を経由してビット線５６を接続して、磁気メモリとすることができる（図１６、図１７参照）。なお、この磁気メモリにおいて、磁壁移動記憶素子１Ｆは磁性細線３Ｂの細線方向を、図１６（ａ）に示す磁壁移動記憶素子１ＥのようにＸ方向にして配置されてもよいし、光変調素子１Ｄと同様に面内で傾斜させて配置されてもよい（図１４（ａ）参照）。
【０２０４】
（磁壁移動記憶素子の製造方法）
磁壁移動記憶素子１Ｆは、光変調素子１Ｄの製造方法に続けて製造することができる。具体的には、第５実施形態の変形例に係る磁性素子の製造方法（図３３参照）の磁化自由層成膜工程Ｓ１１Ｂにおいて、保護膜４３Ａに代えて、図３５（ａ）に示すように、障壁層２３を構成するＭｇＯ膜を磁性細線３Ｂを構成する磁性膜に連続して成膜する。その後、一例としては、引き続いてＭｇＯ膜上に、絶縁層６４ａを構成するＳｉＯ2膜またはＳｉ−Ｎ膜の絶縁膜を、副磁化固定層１３と保護膜４４の合計の厚さに成膜する。そして、磁性細線３Ｂが形成される領域を覆うレジストマスクＰＲ１を形成し（Ｓ１３）、最上層の絶縁膜（絶縁層６４ａ）も含めて、副磁化固定層１３を除いた磁壁移動記憶素子１Ｆ（磁性細線３Ｂ）の平面視形状に成形する（Ｓ１４Ａ）。この上から、絶縁層６４ｂを絶縁層６４ａの上面の高さまで成膜して（Ｓ１５Ａ）レジストマスクＰＲ１をその上の絶縁膜（絶縁層６４ｂ）ごと除去し（Ｓ１７）、絶縁層６４ａ，６４ｂで全面を平坦に埋める。そして、副磁化固定層１３が形成される領域を空けたレジストマスク（図示せず）を形成して、障壁層２３をエッチングストッパ膜としてその上の絶縁層６４ａをエッチングし、副磁化固定層１３および保護膜４４をそれぞれ構成する材料を連続して成膜して、エッチング跡に埋め込んで磁壁移動記憶素子１Ｆが形成される。
【０２０５】
その後、磁壁移動記憶素子１Ｆ上に層間絶縁膜を成膜し、さらに多結晶シリコンでダイオード７２を、保護膜４４（副磁化固定層１３）とダイオード７２を接続する第３電極５３、およびビット線５６を金属電極材料で、それぞれ形成して、磁気メモリが製造される。
【０２０６】
ダイオード７２をトランジスタ７１と共に表層に形成された基板上に、磁壁移動記憶素子１Ｆを形成して磁気メモリとすることもできる。例えば、前記基板上に、Ｘ配線（第１電極）５１Ａ、第２電極５２Ａ、Ｙ配線５４、ゲート配線５５と共にビット線５６を形成し、さらにダイオード７２に接続する第３電極５３Ａ（図３５（ｃ）参照）を形成して、そのコンタクト部５３ｃ（図１６（ｂ）参照）を、電極５１Ａ，５２Ａのコンタクト部５１ｃ，５２ｃと同様に上面に露出させる。なお、コンタクト部５３ｃは、平面視で磁性細線３Ｂが形成される領域と離間した位置で露出させる。その上に、磁壁移動記憶素子１Ｆを前記と同様に形成する。その後、コンタクト部５３ｃ上を空けたレジストマスクを形成して絶縁層６４，６１をエッチングし、副磁化固定層１３上の保護膜４４上に、露出させたコンタクト部５３ｃに接続する第３電極５３Ａの接続層５３ｆを形成する。
【０２０７】
（磁壁移動素子の変形例：磁壁移動記憶素子）
第５実施形態の変形例に係る磁壁移動素子からなる光変調素子１Ｄは、磁性細線３Ｂの下側の磁化固定層１１，１２間にさらに副磁化固定層１３および障壁層２３を設けて、３端子のすべての電極が下側に接続される磁壁移動記憶素子とすることもできる。このような磁壁移動記憶素子１Ｇ（図３５（ｄ）参照）は、第１実施形態の変形例に係る磁壁移動記憶素子１Ｅ（図１６（ｂ）参照）を、積層順を入れ替えてほぼ上下反転した構造である。
【０２０８】
磁壁移動記憶素子１Ｇにおいて、磁化固定層１１，１２，１３、磁性細線３Ｂ、および障壁層２３は、前記変形例に係る光変調素子１Ｄ（図３４（ｅ）参照）や磁壁移動記憶素子１Ｆ（図３５（ｂ）参照）と同様の構成（磁性材料、寸法）とすることができる。ただし磁壁移動記憶素子１Ｇは、第１磁化固定層１１の保磁力Ｈcp1の方が小さい（Ｈcp1＜Ｈcp2）。また、副磁化固定層１３の下地膜４４Ａは、光変調素子１Ｃの下地膜４５，４６と同様の構成の金属膜で形成される。
【０２０９】
（磁壁移動記憶素子を搭載した磁気メモリ）
磁壁移動記憶素子１Ｇは、表層にトランジスタ７１およびダイオード７２を形成された基板上の、Ｘ配線（第１電極）５１Ａ、Ｙ配線５４、ゲート配線５５、およびビット線５６を形成されたさらに上に配列されて、第２電極５２Ａでトランジスタ７１に接続し、副磁化固定層１３に第３電極５３Ａでダイオード７２を接続して、磁気メモリとすることができる（図１６、図１７参照）。なお、この磁気メモリにおいて、磁壁移動記憶素子１Ｇは、磁化固定層１１，１２に接続する接続層５１ｆ，５２ｆの一方を平面視で外側に十分に拡張させて設けられるように、ここでは、図１６（ａ）に示す磁壁移動記憶素子１Ｅのように磁性細線３Ｂの細線方向をＸ方向にして配置されている。すなわち、第１電極５１Ａの接続層５１ｆが配線層５１ｄと同様にＹ方向に延設して形成される。また、磁化固定層１１，１２は、光変調素子１Ｄと同様に、電極５１Ａ，５２Ａのコンタクト部５１ｃ，５２ｃの直上で設けられていてよい。一方、副磁化固定層１３は、光変調素子１Ｃの磁化固定層１１，１２と同様に、第３電極５３Ａのコンタクト部５３ｃ（図３５（ｃ）、（ｄ）不図示）の直上を避けて設けられ、そのために、図１６（ａ）に示すように、接続層５３ｆが細線方向に直交する方向（Ｙ方向）の一方向に張り出して形成される。
【０２１０】
（磁壁移動記憶素子の製造方法）
磁壁移動記憶素子１Ｇは、図３３に示す第５実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法で、磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｃにおいて、磁化固定層１１，１２を形成するよりも前に、副磁化固定層１３および障壁層２３を形成することにより製造することができる。詳しくは、絶縁膜成膜工程Ｓ２１の次に、第３電極５３Ａの接続層５３ｆが形成される領域を空けたレジストマスクを絶縁層６２の上に形成し、絶縁層６２およびエッチングストッパ膜６１を順次エッチングして、第３電極５３Ａのコンタクト部５３ｃを露出させる。そして、絶縁層６１，６２のエッチング跡に、接続層５３ｆ、下地膜４４Ａ、副磁化固定層１３、障壁層２３の各材料を順次成膜して埋め込み、レジストマスクを除去する。この段階で、図３５（ｃ）に示すように、絶縁層６２と障壁層２３の上面が平坦に形成されるように、絶縁膜成膜工程Ｓ２１において絶縁層６２の厚さを調整する。そして、磁化固定層マスク形成工程Ｓ２２Ｂを行う。
【０２１１】
また、イオン照射工程Ｓ３２においては、イオンビームをＹ方向に傾斜させて第１磁化固定層１１に照射する。さらに、副磁化固定層１３にはイオンビームが照射されないように、接続層５３ｆの張り出した側と反対側からイオンビームを照射することが好ましい。
【０２１２】
また、イオン照射工程Ｓ３２の次に、保護膜除去工程Ｓ２８を行い、その後にリフトオフ工程Ｓ２７を行うことが好ましい。リフトオフ工程Ｓ２７の前に保護膜除去工程Ｓ２８を行うことにより、絶縁層６２のエッチングレートにかかわらず障壁層２３との境界に段差が形成されず、その上に形成される磁性細線３Ｂを磁壁移動領域３DWMにおいて平坦とすることができる。その後、磁性細線形成工程Ｓ１０Ｂを行い、ただし、光変調素子成形工程Ｓ１４Ａにおいては、第５実施形態に係る光変調素子１Ｃの形成と同様に、電極５１Ａ，５２Ａ，５３Ａの接続層５１ｆ，５２ｆ，５３ｆ（特に接続層５３ｆ）を残存させる。
【０２１３】
前記変形例にて説明したように、磁化固定層１１，１２上に磁気結合膜を設けてもよく、本変形例においては、リフトオフ工程Ｓ２７で磁化固定層１１，１２の保護膜になる。さらに、イオン照射工程Ｓ３２でのエッチング量によっては磁気結合膜を仮保護膜４Ａに代えて設けることができ、この場合には保護膜除去工程Ｓ２８を行わない。
【０２１４】
以上のように、第５実施形態およびその変形例に係る磁性素子の製造方法によれば、並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子、または磁壁移動素子であって、保磁力の大きさが互いに異なる２つの磁化固定層を下側に備える光変調素子または記憶素子、およびこれらの磁性素子を搭載した空間光変調器または磁気メモリを製造するために、前記２つの磁化固定層を同時に形成することができ、かつ、一方の保磁力を小さくするために新たなマスクを用意する必要がない。
【０２１５】
〔第６実施形態〕
第５実施形態およびその変形例に係る磁性素子の製造方法では、イオンビームを部分的に遮蔽するマスクに磁化固定層を成形するためのレジストマスクを利用したが、ボトムピン型であっても、第１実施形態等に係る光変調素子の製造方法のように、磁化固定層上に設けられる層を成形するためのレジストマスクを利用することもできる。以下、本発明の第６実施形態に係る磁壁移動素子の製造方法（磁性素子の製造方法）について説明する。第１〜第５実施形態（図１〜３５参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【０２１６】
（光変調素子）
本発明の第６実施形態に係る磁壁移動素子の製造方法にて製造される光変調素子１Ｄ（以下、適宜、第６実施形態に係る光変調素子１Ｄと称する）は、磁壁移動素子であり、磁性細線３Ｂの段差の深さおよび位置、ならびに磁化固定層１１，１２の平面視形状以外は、第５実施形態の変形例に係る磁性素子の製造方法にて製造される光変調素子１Ｄ（図３４（ｅ）参照）と同一の構造である。図３７（ｅ）に示すように、本実施形態に係る光変調素子１Ｄは、磁性細線３Ｂが、磁化固定層１１，１２間の、第２磁化固定層１２上の領域との境界近傍に段差を形成される。この段差が磁壁のトラップになるため、段差から第１磁化固定層１１上の領域と磁化固定層１１，１２間との境界までが磁壁移動領域３DWMになる。また、磁化固定層１１，１２間に設けられる絶縁層６２Ａの材料によって、磁性細線３Ｂの段差が第５実施形態の変形例よりも深く形成され、さらに前記境界にも段差が形成される場合がある。また、光変調素子１Ｄは、本実施形態に係る磁壁移動素子の製造方法では、磁化固定層１１，１２と磁性細線３Ｂとが同時に加工されないので、平面視において外形が必ずしも一致せず、ここでは、磁化固定層１１，１２が磁性細線３Ｂの外側へ拡張して形成される。
【０２１７】
（磁壁移動素子を搭載した空間光変調器）
第６実施形態に係る光変調素子を画素に備える空間光変調器は、第５実施形態の変形例に係る光変調素子を備える空間光変調器と同様の構造である。ただし、本実施形態においては、平面視で、光変調素子１Ｄにおける、あるいは隣り合う光変調素子１Ｄ，１Ｄの第１磁化固定層１１と第２磁化固定層１２との間隔や位置関係が特に規定されず、磁化固定層１１，１２が短絡せず、磁性細線３Ｂの磁壁移動領域３DWMが十分な長さに形成されればよい。また、磁化固定層１１，１２間には絶縁層６２Ａが、磁性細線３Ｂ同士の間には絶縁層６４が、それぞれ設けられ、絶縁層６２Ａは、絶縁層６４のエッチングストッパ膜になる材料を適用される。
【０２１８】
図３６に示すように、第６実施形態に係る磁壁移動素子の製造方法は、第５実施形態に係る磁性素子の製造方法（図２９参照）と同様に配線形成工程Ｓ４０Ｄを行った後に、電極５１Ａ，５２Ａの各接続層５１ｆ，５２ｆ、磁化固定層１１，１２、ならびに接続層５１ｆ，５２ｆ間および磁化固定層１１，１２間等を埋める絶縁層６を形成する磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｃを行い、次に、磁性細線３Ｂ、および光変調素子１Ｄ，１Ｄ間を埋める絶縁層６を形成する磁性細線形成工程Ｓ１０Ｃを行い、その途中に、第２磁化固定層１２を構成する磁性膜にイオンを照射するイオン照射工程Ｓ３２を行って光変調素子１Ｄを形成する。以下、光変調素子１Ｄを形成するための各工程について、特に第５実施形態の変形例に係る磁性素子の製造方法と相違する工程を詳細に説明する。
【０２１９】
（磁化固定層形成工程）
磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｃは、第５実施形態の変形例（図３３参照）とほぼ同様であり、ただし、途中でイオン照射工程Ｓ３２を行わず、さらに、最後の保護膜除去工程Ｓ２８を後続の磁性細線形成工程Ｓ１０Ｃの途中に行う。また、磁化固定層マスク形成工程Ｓ２２は、第５実施形態およびその変形例に係る磁性素子の製造方法における磁化固定層マスク形成工程Ｓ２２Ｂと同一の工程であるが、イオン照射工程Ｓ３２のためのマスク工程ではないため、異なる符号を付して表す。また、磁化固定層マスク形成工程Ｓ２２で形成するレジストマスクＰＲ２Ｂ（図３０、図３１参照）は、空いた領域が、光変調素子１Ｄの完成時の磁化固定層１１，１２の平面視形状になる。磁化固定層成膜工程Ｓ２５Ｃで成膜される仮保護膜４１Ｂ，４２Ｂは、第５実施形態の変形例に係る磁性素子の製造方法における仮保護膜４Ａと同様の構成とすることができるが、本実施形態においては、イオンビームによるエッチングレートの絶縁層６２Ａとの差が小さい材料が好ましい。
【０２２０】
第５実施形態およびその変形例に係る磁性素子の製造方法と同様に、絶縁層６６上にエッチングストッパ膜６１を構成するＭｇＯ膜を成膜し（Ｓ１２）、引き続いて、絶縁層６２ＡとしてＳｉ−Ｎ膜を、エッチングストッパ膜６１との合計で、接続層５１ｆ，５２ｆ、下地膜４５，４６、磁化固定層１１，１２、および仮保護膜４１Ｂ，４２Ｂの合計の厚さに合わせて成膜する（Ｓ２１）。次に、絶縁層６２Ａ上に、磁化固定層１１，１２が形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ２Ｂを形成する（Ｓ２２）。そして、絶縁層６２Ａ，６１を除去して（Ｓ２３，Ｓ２４）、絶縁層６６およびコンタクト部５１ｃ，５２ｃを露出させる。次に、接続層５１ｆ，５２ｆを絶縁層６１，６２Ａのエッチング跡に形成する（Ｓ４３Ａ）。引き続いて、下地膜４５，４６を構成する金属膜、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜、および仮保護膜４１Ｂ，４２Ｂを構成する金属等の膜を連続して成膜して（Ｓ２５Ｃ）接続層５１ｆ，５２ｆ上に積層する。次に、レジストマスクＰＲ２Ｂをその上の磁性膜等ごと除去する（Ｓ２７）。これらの工程により、図３７（ａ）に示すように、絶縁層６６上に、第１電極５１Ａおよび第２電極５２Ａの接続層５１ｆ，５２ｆ、ならびに接続層５１ｆ，５２ｆと同一の平面視形状の下地膜４５，４６、保磁力が同等な磁化固定層１１，１２、および仮保護膜４１Ｂ，４２Ｂが積層され、さらにこれらの間を絶縁層６１，６２Ａの２層膜で埋められて、上面が平坦に形成されている。
【０２２１】
（磁化自由層形成工程、イオン照射工程）
磁化自由層形成工程Ｓ１０Ｃは、絶縁層６４を成膜する絶縁膜成膜工程Ｓ１５Ａと、磁性細線３Ｂが形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ１Ａを形成する磁化自由層マスク形成工程（マスク工程）Ｓ１３Ｂと、絶縁層６４をエッチングする絶縁膜除去工程Ｓ１６と、を行い、次に、イオン照射工程Ｓ３２、保護膜除去工程Ｓ２８を行ってから、磁性細線３Ｂを構成する材料を成膜する磁化自由層成膜工程Ｓ１１Ｂと、レジストマスクＰＲ１Ａを除去するリフトオフ工程Ｓ１７Ａと、を行う。本実施形態に係る磁壁移動素子の製造方法においては、第３実施形態と同様、磁化自由層マスク形成工程Ｓ１３Ｂが、イオン照射工程Ｓ３２のためのマスク工程を兼ねている。
【０２２２】
仮保護膜４１Ｂ，４２Ｂおよび絶縁層６２Ａの上に、絶縁層６４としてＳｉＯ2膜を磁性細線３Ｂおよび保護膜４３Ａの合計の厚さに応じた厚さに成膜し（Ｓ１５Ａ）、絶縁層６４上に、磁性細線３Ｂが形成される領域を空けたレジストマスクＰＲ１Ａを形成する（Ｓ１３Ｂ）。そして、図３７（ｂ）に示すように、仮保護膜４１Ｂ，４２Ｂおよび絶縁層６２Ａをエッチングストッパ膜として、絶縁層６４をエッチングする（Ｓ１６）。次に、イオン照射工程Ｓ３２として、図３７（ｃ）に示すように、レジストマスクＰＲ１Ａおよびその下の絶縁層６４をマスク（シールド）にして、第２磁化固定層１２が設けられた側と反対の左方に傾斜した入射角θibでイオンビームを照射する。
【０２２３】
本実施形態においては、第３実施形態（図２２（ａ）参照）と同様、レジストマスクＰＲ１Ａが、絶縁膜除去工程Ｓ１６で絶縁層６２のエッチングに伴い減肉されている。そのため、絶縁膜除去工程Ｓ１６の後における、すなわちイオン照射工程Ｓ３２におけるレジストマスクＰＲ１Ａの厚さを管理し、絶縁層６４の厚さとの合計ｔに応じて、イオンビームの入射角θibを設定する。具体的には、磁化固定層１１，１２のＸ方向長（磁性細線３Ｂを積層される領域）を共にｘpで、光変調素子１Ｄ（磁性細線３Ｂ）の細線方向長をＬ（＞２ｘp）で、それぞれ表すと、ｘp／ｔ＜ｔａｎθib≦(Ｌ−ｘp)／ｔが成立するように、イオンビームの入射角θibを設定する。特に（ｔａｎθib）が（(Ｌ−ｘp)／ｔ）により近いことが好ましく、ｔａｎθib＝(Ｌ−ｘp)／ｔであることが最も好ましい。（ｔａｎθib）と（(Ｌ−ｘp)／ｔ）との差が大きくなると、磁性細線３Ｂにおいて、形成される段差の位置が第２磁化固定層１２上から離れて磁壁移動領域３DWMが短くなり、さらには磁壁移動領域３DWMと第２磁化固定層１２上の領域との間に磁区が生成し易くなって好ましくない。なお、イオンビームを右方（第２磁化固定層１２が設けられた側）に傾斜させて入射してもよく、この場合は第１磁化固定層１１の保磁力が低減される。
【０２２４】
イオン照射工程Ｓ３２の後、図３７（ｄ）に示すように、イオンミリング等の物理的エッチングで仮保護膜４１Ｂ，４２Ｂを除去して（Ｓ２８）、磁化固定層１１，１２を露出させる。イオン照射工程Ｓ３２のイオンビームの照射で第２磁化固定層１２上の仮保護膜４２Ｂが薄肉化されているため、相対的に厚い仮保護膜４１Ｂを完全に除去すると、薄い分（イオン照射工程Ｓ３２でのエッチング量）、第２磁化固定層１２の上面が除去されて薄くなって、周囲よりも厚さ方向における位置が低くなる。また、磁化固定層１１，１２間の絶縁層６２Ａが、イオン照射工程Ｓ３２において、イオンビームの入射角θibによるが、第２磁化固定層１２の近傍で仮保護膜４２Ｂと共に薄肉化され、さらに保護膜除去工程Ｓ２８で仮保護膜４２Ｂや第２磁化固定層１２と共に薄肉化される。したがって、保護膜除去工程Ｓ２８完了時に、レジストマスクＰＲ１Ａの空いた領域において、第２磁化固定層１２の近傍で絶縁層６２Ａの上面にイオン照射工程Ｓ３２のイオンビームによる段差が形成される。さらに、絶縁層６２Ａと第２磁化固定層１２との境界に、イオンビームによるエッチングレートの絶縁層６２Ａと仮保護膜４２Ｂとの差に応じて段差が形成される。
【０２２５】
保護膜除去工程Ｓ２８の次に引き続いて、磁性細線形成工程Ｓ１０Ｃの磁化自由層成膜工程Ｓ１１Ｂを行って、磁性細線３Ｂおよび保護膜４３Ａを構成する各材料を連続して成膜して、レジストマスクＰＲ１Ａの空いた領域（絶縁層６４のエッチング跡）に埋め込んで磁性細線３Ｂおよび保護膜４３Ａを形成する。そして、レジストマスクＰＲ１Ａをその上の磁性膜等ごと除去する（Ｓ１７Ａ）。これらの工程により、図３７（ｅ）に示すように、光変調素子１Ｄが形成され、さらに光変調素子１Ｄ，１Ｄ間が絶縁層６４で上面全体がほぼ平坦に形成される。
【０２２６】
本実施形態に係る磁壁移動素子の製造方法で製造された光変調素子１Ｄは、第４実施形態の変形例に係る光変調素子１（図２６（ｂ）参照）と同様に、第２磁化固定層１２が、磁性細線３Ｂの直下から外側へ張り出した領域においては、イオンが照射されないので保磁力が第１磁化固定層１１と同等である。そのため、初期設定により、第２磁化固定層１２のこの領域においては、その形状や面積にもよるが、第１磁化固定層１１と同じ磁化方向に固定される。ただし、前記領域は磁性細線３Ｂを積層されていないので、磁性細線３Ｂは、第２磁化固定層１２上において第１磁化固定層１１上と逆向きの磁化方向に固定される。したがって、光変調素子１Ｄの動作（磁壁移動領域３DWMの磁化反転）へは影響しない。
【０２２７】
第５実施形態の変形例にて説明したように、磁化固定層１１，１２上に磁気結合膜を設けてもよい。さらに、イオン照射工程Ｓ３２でのエッチング量によっては磁気結合膜を仮保護膜４１Ｂ，４２Ｂに代えて設けることができ、この場合には保護膜除去工程Ｓ２８を行わない。
【０２２８】
（磁壁移動素子の変形例：磁壁移動記憶素子）
本実施形態においては、第５実施形態の変形例に係る磁性素子の製造方法と同様に、保護膜４３Ａに代えて障壁層２３を磁性細線３Ｂに積層し、さらに磁壁移動領域３DWM内に副磁化固定層１３を積層して、磁壁移動記憶素子１Ｆ（図３５（ｂ）参照）を製造することもできる。磁壁移動記憶素子１Ｆは、第５実施形態の変形例にて説明したように、磁気メモリのメモリセルの記憶素子として搭載される（図１６、図１７参照）。また、前記したように、仮保護膜４１Ｂ，４２Ｂを形成せずに磁気結合膜を備える場合は、保護膜除去工程Ｓ２８を行わないので、磁性細線３Ｂの下側の磁化固定層１１，１２間に副磁化固定層１３および障壁層２３を設けた磁壁移動記憶素子１Ｇ（図３５（ｄ）参照）を製造することができる。
【０２２９】
〔第６実施形態の変形例：並設デュアルピン構造のＴＭＲ素子およびその製造方法〕
第６実施形態に係る磁性素子の製造方法で、磁化固定層１１，１２間の絶縁層にＭｇＯ膜を積層することにより、第５実施形態と同様に並設デュアルピン構造のＴＭＲ素子からなる光変調素子（図２８参照）を製造することができる。以下、第６実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法（磁性素子の製造方法）、およびこの製造方法にて製造される光変調素子（以下、適宜、第６実施形態の変形例に係る光変調素子と称する）について説明する。本変形例に係る光変調素子の製造方法および光変調素子において、第５、第６実施形態（図２７〜３７参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【０２３０】
（光変調素子）
第６実施形態の変形例に係る光変調素子１Ｃは、第５実施形態に係る光変調素子１Ｃ（図２８参照）と同様の構造である。ただし、本変形例においては、第１磁化固定層１１の保磁力Ｈcp1の方が小さい、すなわち、Ｈcf<<Ｈcp1＜Ｈcp2とする。また、平面視において、磁化固定層１１，１２が、接続する電極５１Ａ，５２Ａの接続層５１ｆ，５２ｆと同一形状であり、そのため、磁化自由層３の外側へ張り出すように一回り大きく形成されている。そして、第６実施形態に係る光変調素子１Ｄ（図３７（ｅ）参照）と同様に、第１磁化固定層１１が、磁化自由層３の直下から外側へ張り出した領域においては、保磁力が第２磁化固定層１２と同等である。また、磁化自由層３は、磁化固定層１１，１２間に、磁化反転における磁壁のトラップになり得ない程度の微小な段差を形成されている。その他の磁化固定層１１，１２、磁化自由層３、および障壁層２１Ａ，２２Ａの各構成は、第５実施形態と同様であり、ただし、磁化固定層１１，１２および磁化自由層３にＲＥ−ＴＭ合金を適用することができる。
【０２３１】
（空間光変調器）
第６実施形態の変形例に係る光変調素子１Ｃは、第５実施形態と同様に、図２７に示すように基板７０上に２次元配列されて空間光変調器１０Ａを構成し、あるいは第１実施形態等に係る光変調素子１，１Ａを配列した空間光変調器１０（図１参照）のようなクロスポイント型のＭＲＡＭと同じ回路構造の空間光変調器を構成する。ただし、本変形例においては、磁化固定層１１，１２間に絶縁層６１，６２，６３が積層して設けられ、磁化自由層３同士の間には絶縁層６４が設けられる。絶縁層６３は、絶縁層６４のエッチングストッパ膜であり、かつ、絶縁層６２のイオン照射工程Ｓ３２における保護膜である。詳しくは、イオン照射工程Ｓ３２において、イオンビームの照射の有無による上面の段差を抑制して、その上に形成される磁化自由層３に、磁化反転における磁壁のトラップが形成されないようにする。したがって、絶縁層６３は、障壁層２１Ａ，２２Ａと同じＭｇＯを適用されることが好ましく、厚さが１ｎｍ以上であることが好ましい。一方、絶縁層６３は、厚いとその分、絶縁層６２が薄く形成されて、絶縁層６２のエッチング選択性の高いエッチング（絶縁膜除去工程Ｓ２３）によるエッチング面の平坦性が得難くなるので、絶縁層６２よりも薄いことが好ましく、厚さが５ｎｍ以下であることがより好ましい。また、磁化固定層１１，１２および磁化自由層３にＲＥ−ＴＭ合金を適用する場合は、絶縁層６２，６４はＳｉ−Ｎを適用されることが好ましい。
【０２３２】
〔第６実施形態の変形例：光変調素子の製造方法〕
本発明の第６実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法（磁性素子の製造方法）を、光変調素子が２次元配列された空間光変調器（図２７参照）の製造にて、図３８を参照して説明する。本変形例に係る光変調素子の製造方法は、第６実施形態に係る磁壁移動素子の製造方法（図３６、図３７参照）の磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｃに代えて、第５実施形態の磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｂ（図２９、図３０、図３１参照）を行い、さらに、絶縁膜成膜工程Ｓ２１および絶縁膜除去工程Ｓ２３で、絶縁層６２と共に絶縁層６３を成膜およびエッチングする。また、保護膜除去工程Ｓ２８を行わない。以下、光変調素子１Ｃを形成するための各工程について、特に第５、第６実施形態に係る磁性素子の製造方法と相違する工程を詳細に説明する。
【０２３３】
（磁化固定層形成工程）
磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｂは、図２９、図３０および図３１に示す第５実施形態の磁化固定層形成工程Ｓ２０Ｂとほぼ同様であり、ただし、絶縁膜成膜工程Ｓ２１において、絶縁層６２に引き続いて絶縁層６３を成膜する。そして、絶縁膜除去工程Ｓ２３で、絶縁層６２の前に絶縁層６３をイオンミリング等でエッチングする。したがって、絶縁膜除去工程Ｓ２３およびエッチングストッパ膜除去工程Ｓ２４で、３段階のエッチングをする。エッチングストッパ膜除去工程Ｓ２４（図３８（ａ）参照）の後は、第５実施形態と同様に、電極５１Ａ，５２Ａの接続層５１ｆ，５２ｆ、下地膜４５，４６、磁化固定層１１，１２を構成する磁性膜、および障壁層２１Ａ，２２Ａ（ＭｇＯ膜）を連続して成膜し、絶縁層６１，６２，６３のエッチング跡に埋め込み（Ｓ４３Ａ，Ｓ２５Ｂ）、その後、レジストマスクＰＲ２Ｂをその上の磁性膜等ごと除去する（Ｓ２７）。これらの工程により、図３８（ｂ）に示すように、絶縁層６６上に、第１電極５１Ａおよび第２電極５２Ａの接続層５１ｆ，５２ｆ、ならびに接続層５１ｆ，５２ｆと同一の平面視形状の下地膜４５，４６、保磁力が同等な磁化固定層１１，１２、および障壁層２１Ａ，２２Ａが積層され、さらにこれらの間を絶縁層６１，６２，６３の３層膜で埋められて、上面全体がＭｇＯからなる絶縁層６３および障壁層２１Ａ，２２Ａで平坦に形成されている。
【０２３４】
（磁化自由層形成工程、イオン照射工程）
磁化自由層形成工程Ｓ１０Ｃおよびイオン照射工程Ｓ３２は、第６実施形態（図３６参照）と同様であり、ただし、保護膜除去工程Ｓ２８を行わない。図３８（ｃ）に示すように、イオン照射工程Ｓ３２において、レジストマスクＰＲ１Ａの空いた領域も含めて、上面全体がＭｇＯ膜で形成されているので、第５実施形態と同様にイオンビームによる段差は微小なものとなる（図３８（ｄ）参照）。イオン照射工程Ｓ３２を行った後、磁化自由層３および保護膜４３Ａを構成する各材料を成膜し（Ｓ１１Ｂ）、レジストマスクＰＲ１Ａをその上の磁性膜等ごと除去する（Ｓ１７Ａ）。これらの工程により、図３８（ｅ）に示すように、光変調素子１Ｃが形成され、さらに光変調素子１Ｃ，１Ｃ間が絶縁層６４で上面全体を平坦に形成される。なお、イオン照射工程Ｓ３２において、第６実施形態と同様、イオンビームを左方に傾斜させて入射して、第２磁化固定層１２の保磁力を低減させてもよい。
【０２３５】
第６実施形態の変形例に係る光変調素子の製造方法においては、磁化固定層１１，１２、および磁化自由層３が、それぞれ成膜と同時に成形され、さらに磁化固定層１１，１２の形成（成膜）後に、イオンミリングのような加工ダメージの大きな加工を行わないので、これらの磁性材料にＲＥ−ＴＭ合金を適用することができる。そして、障壁層２１Ａ，２２Ａ間に、障壁層２１Ａ，２２Ａと同じＭｇＯからなる絶縁層６３が設けられているので、絶縁層６２，６４の材料にかかわらず、磁化自由層３の端部から磁化固定層１１，１２にリーク電流が流れない。
【０２３６】
以上のように、第６実施形態およびその変形例に係る磁性素子の製造方法によれば、並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子、または磁壁移動素子であって、保磁力の大きさが互いに異なる２つの磁化固定層を下側に備える光変調素子または記憶素子、およびこれらの磁性素子を搭載した空間光変調器または磁気メモリを製造するために、前記２つの磁化固定層を同時に形成することができ、かつ、一方の保磁力を小さくするために新たなマスクを用意する必要がない。さらに、本実施形態およびその変形例に係る磁性素子の製造方法においては、隣り合う光変調素子または記憶素子の間隔が狭くても製造することができ、また、２つの磁化固定層のどちらでも保磁力を低減させることができる。
【０２３７】
以上、本発明の磁性素子の製造方法を実施するための各実施形態について述べてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０２３８】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  空間光変調器
１０Ｃ  磁気メモリ
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  光変調素子（磁性素子）
１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ  磁壁移動記憶素子（磁性素子）
１１    第１磁化固定層（磁性領域）
１２    第２磁化固定層（磁性領域）
２１，２２  中間層
２Ａ    障壁層
２１Ａ，２２Ａ  障壁層
３      磁化自由層
３Ｂ    磁性細線（磁化自由層）
４１，４２  保護膜
４Ａ，４１Ｂ，４２Ｂ  仮保護膜
５１，５１Ｂ  第１電極、Ｘ配線（電極）
５１Ａ  第１電極、Ｘ配線
５１ｆ  接続層（電極）
５２    第２電極、Ｙ配線
５２Ａ，５２Ｂ  第２電極
５２ｆ  接続層（電極）
７０    基板
８，８Ａ  基板
Ｓ１１，Ｓ１１Ａ，Ｓ１１Ｂ  磁化自由層成膜工程
Ｓ１３Ｂ  磁化自由層マスク形成工程（マスク工程）
Ｓ２２Ａ  磁化固定層分離マスク形成工程（マスク工程）
Ｓ２２Ｂ  磁化固定層マスク形成工程（マスク工程）
Ｓ２５，Ｓ２５Ａ，Ｓ２５Ｂ  磁化固定層成膜工程（磁性膜成膜工程）
Ｓ３２  イオン照射工程
Ｓ４１  電極マスク形成工程（マスク工程）
Ｓ４３  電極成膜工程（電極形成工程）
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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