(57)【要約】【課題】磁性細線素子を作製する際の手間やコストを大幅に低減することができ、磁性層同士の境界に段差が発生するのを抑制し得る磁性細線素子、その製造方法および空間光変調器を提供する。【解決手段】磁性細線素子１は、磁化方向が固定された第１の磁性層１１と、磁化の向きが変化する第２の磁性層１２と、該第１の磁性層１１の磁化と反平行の向きに磁化方向が固定された第３の磁性層１３がこの順で基板１０上に近接配置されている。各磁性層１１〜１３は、同一の磁性材料で形成されているため、製造時の手間やコストの低減を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定された第１の磁性層と、磁化の向きが変化する第２の磁性層と、該第１の磁性層の磁化と反平行の向きに磁化方向が固定された第３の磁性層がこの順に近接配置されてなり、
これらの３つの磁性層は同一の磁性材料から構成されてなり、
これらの３つの磁性層は保磁力が互いに異なり、前記第２の磁性層の保磁力が、前記第１の磁性層の保磁力および前記第３の磁性層の保磁力よりも小さく設定されていることを特徴とする磁性細線素子。
【請求項２】
前記第２の磁性層の保磁力が、前記第１の磁性層の保磁力および前記第３の磁性層の保磁力の１/２以下に設定されていることを特徴とする磁性細線素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の磁性細線素子の製造方法であって、
磁性体上に、段部となるレジストパターンを形成し、この段部の背面側からこの段部越しに該磁性体の所望の領域上にイオンビームを斜め照射し、このイオンビームが照射された領域と、前記段部の陰となってこのイオンビームが照射されなかった領域とで、保磁力差を設けることを特徴とする磁性細線素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載された磁性細線素子により、各画素の明暗が調整されるように構成されていることを特徴とする空間光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続した磁性体から成る磁性細線素子であって、互いに反平行の固定磁化をもつ２つの磁化固定層と、これら２つの磁化固定層に挟まれ電流の流れる向きによって磁化方向が変化する磁壁移動層との３つの磁性層を有する磁性細線素子、その製造方法および空間光変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁性細線素子１０１は、図４の断面図に示すように、基板１１０上に磁壁移動層（第２の磁性層）１１２が積層され、磁壁移動層１１２の両側端部の上方に２つの磁化固定層（第１の磁性層、第３の磁性層）１１１、１１３をそれぞれ積層して構成される。なお、２つの磁化固定層１１１、１１３の外側には絶縁体からなる絶縁体層１２０が配設される。
【０００３】
従来、このような磁性細線素子１０１においては、上記３つの層１１１〜１１３の保磁力を互いに異ならせるために、これら３つの層１１１〜１１３を互いに異なる磁性材料によって形成していた（例えば特許文献１〜４を参照）。すなわち、保磁力は各磁性材料によって各々異なるので、上記３つの層１１１〜１１３の各々に対して、数多くの磁性材料の中から適切な保磁力を有する磁性材料を選択して用いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０‐２１９１５６号公報
【特許文献２】特開２００８‐１４７４８８号公報
【特許文献３】特開２０１２‐１７４８９７号公報
【特許文献４】ＷＯ２０１０／１１３７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、各磁性層毎に互いに異なる磁性材料を用いた場合には、各磁性材料毎に別々の処理を行なう必要があり、製造時に手間やコストがかかるという問題があった。
また、３つの磁性層が別々のタイミングで作製されるため、３つの磁性層の厚さがどうしても異なり、磁性層同士の境界で段差ができてしまうので、複数の磁性層の上面に亘って平坦な膜を形成することが困難であった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、磁性細線素子を作製する際の手間やコストを大幅に低減することができ、磁性層同士の境界に段差が発生するのを抑制し得る磁性細線素子、その製造方法および空間光変調器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の磁性細線素子は、
磁化方向が固定された第１の磁性層と、磁化の向きが変化する第２の磁性層と、該第１の磁性層の磁化と反平行の向きに磁化方向が固定された第３の磁性層がこの順に近接配置されてなり、
これらの３つの磁性層は同一の磁性材料から構成されてなり、
これらの３つの磁性層は保磁力が互いに異なり、前記第２の磁性層の保磁力が、前記第１の磁性層の保磁力および前記第３の磁性層の保磁力よりも小さく設定されていることを
特徴とするものである。
【０００８】
また、前記第２の磁性層の保磁力が、前記第１の磁性層の保磁力および前記第３の磁性層の保磁力の１/２以下に設定されていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の磁性細線素子の製造方法は、上記いずれかの磁性細線素子についての製造方法であって、
磁性体上に、段部となるレジストパターンを形成し、この段部の背面側からこの段部越しに該磁性体の所望の領域上にイオンビームを斜め照射し、このイオンビームが照射された領域と、前記段部の陰となってこのイオンビームが照射されなかった領域とで、保磁力差を設けることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の空間光変調器は、上述したいずれかの磁性細線素子により、各画素の明暗が調整されるように構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の磁性細線素子においては、保磁力の互いに異なる３つの磁性層が同一の磁性材料によって作製されている。従来は、各磁性層毎に保磁力を相違させるために、互いに異なる磁性材料を用いていた。磁性材料の保磁力の値は、当業者によく知られているため、各磁性層毎に、求められる保磁力の値を有する磁性材料を選択して用いることが業界の一般的な考えであった。
【００１２】
本願発明者等は、発想の転換を図り、同一の磁性材料を用いて各磁性層毎に保磁力が相違するように構成された磁性細線素子を発明するに至った。
このように、本願発明においては、３つの磁性層について、１つの磁性材料を用いればよいので、磁性細線素子を作製する際の手間やコストを大幅に低減することができる。また、磁性層同士の境界における段差の発生を抑制することができ、光変調器として用いるときに、段差による反射光の乱れが無い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る磁性細線素子を模式的に示す断面図である。
【図２】イオンビーム照射時の、照射ビーム電圧に対する磁性層の保磁力の変化を示すグラフである。
【図３Ａ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その１である。
【図３Ｂ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その２である。
【図３Ｃ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その３である。
【図３Ｄ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その４である。
【図３Ｅ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その５である。
【図３Ｆ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その６である。
【図３Ｇ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その７である。
【図３Ｈ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その８である。
【図３Ｉ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その９である。
【図３Ｊ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その１０である。
【図３Ｋ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その１１である。
【図３Ｌ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その１２である。
【図３Ｍ】図１に示す磁性細線素子の製造方法を示す図、その１３である。
【図４】従来技術に係る磁性細線素子を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る磁性細線素子、およびその製造方法について図面を用い
て説明する。
まず、本実施形態に係る磁性細線素子１について、図１を用いて説明する。
【００１５】
本実施形態に係る磁性細線素子１は、磁化方向が固定された第１の磁性層１１と、磁化の向きが変化する第２の磁性層１２と、該第１の磁性層１１の磁化と反平行の向きに磁化方向が固定された第３の磁性層１３と、がこの順に、基板１０上に近接配置されている。
また、この磁性細線素子１は、空間光変調器の各画素を構成する。これにより、処理の高速化を図り、かつ画素について１μｍ以下の微細化を可能とする。
【００１６】
なお、空間光変調器においては、各画素に入射した光の偏光の振動面の向きを変化（旋光）させて出射するファラデー効果、あるいはカー効果を利用している。これにより、選択画素における光変調素子の磁化方向と、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にし、選択画素から出射した光と非選択画素から出射した光とで、その偏光の振動面の回転角（旋光角）に差を生じさせ、特定の向きの偏光のみを透過する偏光子を介することで、選択画素のみを明るく表示する。
【００１７】
上述した３つの磁性層１１〜１３は同一の磁性材料から構成されており、第２の磁性層１２の保磁力が、第１の磁性層１１および第３の磁性層１３の保磁力よりも小さく設定されている。
また、第１の磁性層１１の保磁力と第３の磁性層１３の保磁力は互いに異なる値に設定されている。
【００１８】
結局、これらの３つの磁性層１１〜１３は保磁力が互いに異なり、第１の磁性層１１の保磁力をＨｃ１とし、第２の磁性層１２の保磁力をＨｃ２とし、第３の磁性層１３の保磁力をＨｃ３とすると、Ｈｃ２＜Ｈｃ１＜Ｈｃ３またはＨｃ２＜Ｈｃ３＜Ｈｃ１となるが、以下では、第１の磁性層１１の保磁力Ｈｃ１が、第３の磁性層１３の保磁力Ｈｃ３よりも大きい値に設定されており、Ｈｃ２＜Ｈｃ３＜Ｈｃ１が成り立つものとして説明する。
【００１９】
本実施形態に係る磁性細線素子１は、磁性体を細線状に形成してなる３つの磁性層１１〜１３を基板１０上に配設してなる。
なお、隣接する磁性細線素子（隣接する画素に対応する）間の導通を防止するため、第１の磁性層１１と第３の磁性層１３の各外側には、絶縁体層２０が配設されている。
【００２０】
このように、本実施形態に係る磁性細線素子１は、保磁力が相違する各磁性層を同一の磁性材料を用いて作製しているので、磁性細線素子１を作製する際の手間やコストを大幅に低減することができる。また、磁性層同士の境界に段差が発生するのを防止することができる。
また、第２の磁性層１２の保磁力を、第１の磁性層１１の保磁力および第３の磁性層１３の保磁力の１/２以下に設定することにより、磁性細線素子による磁化反転の低電流化
を図ることができる。
【００２１】
また、上記第１〜３の磁性層１１〜１３は、上述したように同一の磁性材料からなり、例えば、ＣｏＦｅ／ＴｂＦｅＣｏ等の垂直磁気異方性を有する磁性材料からなる。また、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｔａを積層して形成した磁性膜や、Ｔｂ-Ｆｅ-ＣｏやＣｏ／Ｎｉの交互積層膜等の他の垂直磁気異方性を有する磁性材料や、面内の磁気異方性を有する磁性材料を用いることも可能である。
膜厚は、いずれの磁性層１１〜１３も、例えば０．５〜５０ｎｍの範囲に設定される。
【００２２】
次に、本実施形態に係る磁性細線素子１の製造方法について説明する。
磁性細線素子１においては、第１の磁性層１１と第３の磁性層１３の磁化の向きは互い
に反平行に固定する必要がある。本実施形態においては、基板１０上の広範囲に連続して形成された第１の磁性層１１に対し、第２の磁性層１２に変換する領域、および第３の磁性層１３に変換する領域に、互いに異なる態様のイオンビーム照射を施す。
これにより、イオンビームが照射されない第１の磁性層１１の領域と、第１タイプのイオンビーム照射がなされた第３の磁性層１３の領域と、第２タイプのイオンビーム照射がなされた第２の磁性層１２の領域との３つの領域間に保磁力の差が設けられる。
【００２３】
以下、この実施形態に係る方法について説明する。
まず、本実施形態に係る磁性細線素子の製造方法においては、上述したように、第２の磁性層１２となる領域、および第３の磁性層１３となる領域に、イオンビームを照射し、ボンバード処理を行う。
【００２４】
イオンボンバード処理を行なう前段階の処理として、図示されない真空槽内にＫｒ（クリプトン）ガスを導入し、ガス圧８．５×１０−２Ｐａとし、真空槽内に固定した基板１０上にＫｒ＋のイオンビームによるスパッタ成膜法を用いて、磁性領域（第１〜３の磁性層１１〜１３となる全領域を含む）を成膜した。
【００２５】
次に、最終的に第１の磁性層１１として残る領域を、レジストパターン２１によってマスキングし、第２の磁性層１２に変換される領域および第３の磁性層１３に変換される領域についてのみ、所定の照射ビーム電圧（例えば１３０Ｖ）により、イオンビームを垂直に入射させる（第１のイオンビームボンバード処理）。なお、上記第２の磁性層１２に変換される領域および第３の磁性層１３に変換される領域以外の領域についてもレジストパターン２１によるマスキングがなされている。
【００２６】
続いて、レジストパターン２１の段部の背面側からこの段部越しに第２の磁性層１２に変換される領域のみに、所定の照射ビーム電圧（例えば２７０Ｖ）により、イオンビームを斜め照射し（第２のイオンビームボンバード処理）、このイオンビームが照射された第２の磁性層１２に変換される領域と、レジストパターン２１の段部の陰となってこのイオンビームが照射されなかった第３の磁性層１３とされる領域とで、保磁力差を設ける。
【００２７】
このように、上記第１のイオンビームボンバード処理および上記第２のイオンビームボンバード処理を行なったことにより、全くボンバード処理がなされなかった第１の磁性層１１、上記第１のイオンビームボンバード処理のみがなされた第３の磁性層１３、上記第２のイオンビームボンバード処理がなされた第２の磁性層１２の間に保持力差が生じる。
例えば、第１の磁性層１１の保磁力Ｈc１は４kOeとなり、第３の磁性層１３の保磁力Ｈc３は３KOeとなり、第２の磁性層１２の保磁力Ｈc２は２KOeとなる。
【００２８】
このように、第１〜第３の磁性層１１〜１３の保磁力の大小関係は、
Ｈｃ２＜Ｈｃ３＜Ｈｃ１
となり、これにより第２の磁性層１２の磁化の向きを、電流を流す方向に容易に反転させることができる。
また、磁性細線素子１では、上述したように、第１の磁性層１１と第３の磁性層１３の磁化の向きは互いに反平行に固定する必要があるが、その反平行に固定する初期化操作は、次のようにして行う。
【００２９】
すなわち、第１の磁性層１１の保磁力Ｈｃ１および第３の磁性層１３の保磁力Ｈｃ３よりも大きな磁界Ｈｃを膜面垂直の上向きに印加し、まず、第１の磁性層１１と第３の磁性層１３の磁化をともに上向きとする。引き続き、Ｈｃ３＜Ｈｃ＜Ｈｃ１を満足する磁界Ｈｃを膜面垂直の下向きに印加し、第３の磁性層１３の磁化方向を下向きに設定する。このとき、第１の磁性層１１の磁化は上向きのままである。
【００３０】
上述したように、本実施形態においては、各磁性層１１〜１３の保磁力に差を設けるようにしているが、この差は、主に、イオンビームボンバード処理を行う際のビーム電圧の大きさによる。
図２は、イオンビームの照射ビーム電圧Ｖｂ［V］に対する保磁力Ｈｃ［kOe］の変化を示すグラフである。イオンビームの照射時間は各々１分間である。
【００３１】
図２からも明らかなように、照射ビーム電圧Ｖｂが増加すると、保磁力は直線的に減少する。例えば、照射ビーム電圧Ｖｂが０のとき、保磁力は４［kOe］であり、照射ビーム
電圧Ｖｂが１３０［V］のとき、保磁力は約３［kOe］であり、照射ビーム電圧Ｖｂが２７０［V］のとき、保磁力は約２［kOe］となる。
【００３２】
イオンビームボンバード処理において、ビーム電圧が増加すると磁性体の保磁力が低下するのは、イオンを磁性体に照射すると、磁性体の表面が物理的に衝撃を受けたり熱が発生して温度が上昇したりすることによって、磁性体表面の特性が変わったため、と推察される。
【００３３】
次に、磁性細線素子の製造プロセスを、図面３Ａ〜３Ｍを用い、順を追って説明する。
まず、図３Ａに示すように、図示されない真空層内にＳｉＯ２からなる基板１０を設置する。
【００３４】
次に、図３Ｂに示すように、前述した手法によって、ＣｏＦｅ／ＴｂＦｅＣｏ等の磁性材料からなる第１の磁性層１１を基板１０上に成膜する。この第１の磁性層１１の領域のうちの所定領域は、この後の処理によって、第２の磁性層１２および第３の磁性層１３に変換される領域である。
【００３５】
次に、図３Ｃに示すように、第１の磁性層１１の中央領域（最終的に、第１磁性層１１〜第３磁性層１３とされる領域）上に、マスク用のレジストパターン２１を形成する。
【００３６】
この後、図３Ｄに示すように、レジストパターン２１をマスクとして、Ａｒ＋イオンビーム３０（他の不活性ガス等のイオンビームを用いることも可能）を用いて、第１の磁性層１１について基板１０の表面までミリング加工処理を行う。
このミリング加工処理により、図３Ｅに示すように、レジストパターン２１でマスクされた領域以外は、第１の磁性層１１が除去された状態となる。
【００３７】
次に、図３Ｆに示すように、ＳｉＯ２等の絶縁体からなる絶縁体層２０を基板１０上に積層形成する。この絶縁体層２０の厚みは、第１の磁性層１１と同じ厚みに形成される。
【００３８】
この後、レジストパターン２１にリフトオフ処理を施すことによって、レジストパターン２１および、そのレジストパターン２１の上方に積層された絶縁体層２０を除去する。
この結果、図３Ｇに示すように、第１の磁性層１１の上面と、絶縁体層２０の上面が面一の状態となる。
【００３９】
次に、図３Ｈに示すように、第１の磁性層１１が下層に存在していない領域、および最終的に第１の磁性層１１を残したい領域にレジストパターン２２、２３を用いてマスクする。したがって、第１の磁性層１１として残される領域上には、レジストパターン２３が積層される。
【００４０】
次に、照射ビーム電圧をＶｂ１（上述したように、例えば１３０Ｖ）としてＡｒ＋イオンビーム３１を上方から垂直照射し、レジストパターン２２、２３によって、マスクされ
ていない第１の磁性層１１の上表面について、第１のイオンボンバード処理を施す。
この結果、図３Ｊに示すように、第１のイオンボンバード処理が施されていない（ビーム未照射）領域については、保磁力Ｈｃ１の第１の磁性層１１そのままとされ、一方、第１のイオンボンバード処理が施されたその他の第１の磁性層１１の領域は、保磁力がＨｃ１からＨｃ３に低下（Ｈｃ１＞Ｈｃ３）し、第３の磁性層１３に変換される（第２の磁性層１２となる領域を含む）。
【００４１】
次に図３Ｋに示すように、照射ビーム電圧をＶｂ２（上述したように、例えば２７０Ｖ）としてＡｒ＋イオン３２を斜め上方から照射して（入射角θ）、第２のイオンボンバード処理を施す。このとき、レジストパターン２２の後方からイオンビームが照射されるようになるので、このレジストパターン２２の段部によって陰となるシャドー領域４０が形成される。
すなわち、第３の磁性層１３の領域（露出している磁性層領域）のうち、シャドー領域４０とされた領域は第３の磁性層１３のままとされ、一方、第２のイオンボンバード処理が施されたその他の第３の磁性層１３の領域は、保磁力がＨｃ３からＨｃ２に低下（Ｈｃ１＞Ｈｃ３＞Ｈｃ２）して、第２の磁性層１２に変換される。
なお、イオンビームを第３の磁性層１３に照射する際のイオンビームの入射角θは任意に変更することができ、これによって第２の磁性層１２と第３の磁性層１３との領域比率を変更することができる。
【００４２】
この第２のイオンボンバード処理を施した後の、第１の磁性層１１、第２の磁性層１２、および第３の磁性層１３の領域分布は図３Ｌのようになる。
そして、最後に、レジストパターン２２、２３にリフトオフ処理を施すことによって、レジストパターン２２、２３が除去されて、図３Ｍ（図１）に示すような磁性細線素子１が形成される。
【００４３】
このように、イオンビーム照射がなされなかった領域は、保磁力Ｈｃ１の第１の磁性層１１となり、照射ビーム電圧Ｖｂ１（例えば１３０Ｖ）によるイオンビームのみが照射された領域は、保磁力Ｈｃ３の第３の磁性層１３となり、照射ビーム電圧Ｖｂ１（例えば１３０Ｖ）によるイオンビームが照射された後、照射ビーム電圧Ｖｂ２（例えば２７０Ｖ）によるイオンビームが照射された領域は、保磁力Ｈｃ２の第２の磁性層１２となる。
【００４４】
磁性層の保磁力の低下は、照射されるイオンビームの照射ビーム電圧Ｖｂの高さに略依存する（２つ以上のイオンビームが照射された場合は高い方の照射ビーム電圧に依存する）ので、第２の磁性層１２の領域についての保磁力Ｈｃ２は、より高い電圧である照射ビーム電圧Ｖｂ２（例えば２７０Ｖ）によるビーム照射に依存することとなり、より低い照射ビーム電圧Ｖｂ１（例えば１３０Ｖ）のみが照射された第３の磁性層１３の保磁力Ｈｃ３よりも低下した値となる。
【００４５】
この結果、保磁力の大きさは、上述したように、
第２の磁性層１２の保磁力Ｈｃ２＜第３の磁性層１３の保磁力Ｈｃ３＜第１の磁性層１１の保磁力Ｈｃ１
となる。
これにより、磁性細線素子１の、保磁力が互いに異なる３つの磁性層を、同一の磁性材料を用いて形成することができる。
また、本発明の実施形態に係る空間光変調器は上記磁性細線素子を用いて形成された画素（例えば、１つの磁性細線素子が１行分の画素を形成する）が、縦横にマトリックス状に配列されており、高速処理および画素の微細化の向上を図ることができる。
【００４６】
本発明の実施形態に係る、磁性細線素子、その製造方法および空間光変調器としては、
上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。例えば、各磁性層を構成する磁性材料としても、その他の種々の磁性材料を用いることができる。
また、基板、絶縁体層、レジストパターンとしても従来より知られている種々の材料を用いることができる。前述したガス種としては、ＫｒやＡｒ等の希ガスの他、窒素等のその他の不活性ガスを用いることも可能である。
【００４７】
第１の磁性層の保磁力Ｈｃ１よりも第３の磁性層の保磁力Ｈｃ３を大きくしてもよい。各磁性層の保磁力としても上記実施形態のものに限られるものではない。
なお、本発明の磁性細線素子は、空間光変調器のみならず、その他の用途、例えば、大容量メモリ等に用いることもできる。
【符号の説明】
【００４８】
１、１０１      磁性細線素子
１０、１１０    基板
１１、１１１    第１の磁性層
１２、１１２    第２の磁性層
１３、１１３    第３の磁性層
２０、１２０    絶縁体層
２１、２２、２３    レジストパターン
３０、３１、３２    Ａｒ＋イオンビーム
４０    シャドー領域
【図１】
2018077402.tif 000003
【図２】
2018077402.tif 000004
【図３Ａ】
2018077402.tif 000005
【図３Ｂ】
2018077402.tif 000006
【図３Ｃ】
2018077402.tif 000007
【図３Ｄ】
2018077402.tif 000008
【図３Ｅ】
2018077402.tif 000009
【図３Ｆ】
2018077402.tif 000010
【図３Ｇ】
2018077402.tif 000011
【図３Ｈ】
2018077402.tif 000012
【図３Ｉ】
2018077402.tif 000013
【図３Ｊ】
2018077402.tif 000014
【図３Ｋ】
2018077402.tif 000015
【図３Ｌ】
2018077402.tif 000016
【図３Ｍ】
2018077402.tif 000017
【図４】
2018077402.tif 000018