特許 6865544 空間光変調器および空間光変調器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6865544

(24)【登録日】2021年4月8日

(45)【発行日】2021年4月28日

(54)【発明の名称】空間光変調器および空間光変調器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/09 20060101AFI20210419BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20210419BHJP

   H01L 29/82 20060101ALI20210419BHJP

   H01L 43/12 20060101ALI20210419BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/09 503

   H01L43/08 U

   H01L29/82 Z

   H01L43/08 Z

   H01L43/12

【請求項の数】3

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-147895(P2016-147895)

(22)【出願日】2016年7月27日

(65)【公開番号】特開2018-17881(P2018-17881A)

(43)【公開日】2018年2月1日

【審査請求日】2019年5月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004352

【氏名又は名称】日本放送協会

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 大典

(72)【発明者】

【氏名】麻生 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】金城 秀和

(72)【発明者】

【氏名】船橋 信彦

(72)【発明者】

【氏名】青島 賢一

(72)【発明者】

【氏名】町田 賢司

(72)【発明者】

【氏名】久我 淳

(72)【発明者】

【氏名】菊池 宏

【審査官】 井部 紗代子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１１８７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０２６１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１１５４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５００１７７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００ − １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１ − ７／００

Ｈ０１Ｌ２１／８２３９

Ｈ０１Ｌ２７／１０５

Ｈ０１Ｌ２７／２２

Ｈ０１Ｌ２９／８２

Ｈ０１Ｌ４３／００ −４３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１基板と第２基板とを接合層を介して接合した空間光変調器であって、
前記第１基板は、矩形に形成された第１基体と、前記第１基体上で対向する辺に向かって形成された複数の第１電極と、隣り合う前記第１電極間を絶縁する第１絶縁層と、を備え、表面には前記第１電極によって縞状のパターンが形成されており、
前記第２基板は、矩形に形成された第２基体と、前記第２基体上に前記第１電極と交差する方向に形成された複数の第２電極と、前記第２電極上で前記第１電極と交差する交点に当該第２電極から突出して２次元配列された複数の光変調素子と、隣り合う前記第２電極間および隣り合う前記光変調素子間を絶縁すると共に２次元配列された前記各光変調素子の一部が前記第１基板側に突出するように形成された第２絶縁層と、を備え、表面には前記光変調素子によって２次元配列の凸形状パターンが形成されており、
前記接合層は、前記第１基板の表面に成膜された第１金属膜と、前記第２基板の表面に成膜された第２金属膜と、を備え、突出した前記各光変調素子の一部により当該第１金属膜と当該第２金属膜との接合部が形成されると共に、前記接合部以外の当該接合層の表面部分が酸化膜として形成されることを特徴とする空間光変調器。

【請求項2】

前記光変調素子の前記第１基板側には、保護層が形成されており、
前記光変調素子の突出量は、前記保護層の厚み未満であることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。

【請求項3】

矩形に形成された第１基体、前記第１基体上で対向する辺に向かって形成された複数の第１電極、隣り合う前記第１電極間を絶縁する第１絶縁層、前記第１電極および前記第１絶縁層の表面に形成された第１金属膜を有する第１基板と、矩形に形成された第２基体、前記第２基体上に前記第１電極と交差する方向に形成された複数の第２電極、前記第２電極上で前記第１電極と交差する交点に当該第２電極から突出して２次元配列された複数の光変調素子、隣り合う前記第２電極間および隣り合う前記光変調素子間を絶縁すると共に２次元配列された前記各光変調素子の一部が突出するように形成された第２絶縁層、前記光変調素子および前記第２絶縁層の表面に形成された第２金属膜を有する第２基板と、を準備する基板準備工程と、
前記第１電極と前記第２電極とが交差するように対面させ、前記各光変調素子を覆う前記第２金属膜の部分と前記第１金属膜の対向する部分とを接合する接合工程と、
接合後に前記第１金属膜および前記第２金属膜の接合部以外の部分の表面を酸化させる酸化膜形成工程とからなり、
前記第１基板には、前記第１電極によって縞状のパターンが前記第１金属膜の下に形成されており、
前記第２基板には、前記光変調素子によって２次元配列の凸形状パターンが前記第２金属膜の下に形成されている、
ことを特徴とする空間光変調器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、入射した光を磁気光学効果により光の位相や振幅等を空間的に変調して出射する空間光変調器および空間光変調器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、ディスプレイ技術や記録技術等の分野で広く利用されている。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（例えば、特許文献１）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２，３）や磁壁移動方式（例えば、特許文献４）がある。

【0004】

スピン注入方式の空間光変調器は、ＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子や、ＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗効果）素子等のスピン注入磁化反転素子が光変調素子として搭載される。一般的に、スピン注入磁化反転素子は、非磁性膜または絶縁膜（中間層）を挟んだ２つの磁性膜からなる少なくとも３層の積層構造で、膜面に垂直に電流を供給することにより電子のスピンが注入されて、磁性膜の一方が磁化自由層としてその磁化方向が変化する。すなわち、この磁化自由層が前記磁界印加方式の光変調素子に相当する。スピン注入磁化反転素子は、上下面に一対の電極を接続するので、磁界印加方式の光変調素子のように、電極を画素サイズに対して極度に細い配線として形成しなくてよく、配線幅による素子サイズの制約が少ない。さらに、スピン注入磁化反転素子は、駆動電流が膜面での電流密度によるため、素子サイズ（面積）が小さい程電流が抑えられる上、容易に磁化反転させるために１辺が５００ｎｍ程度以下、好ましくは１００〜３００ｎｍ程度に形成される。このようなスピン注入磁化反転素子を搭載した空間光変調器は、一対の電極の、少なくともスピン注入磁化反転素子の光の入出射側に接続する電極、ここでは磁化自由層に接続する電極を構成する配線を透明電極材料で形成して、スピン注入磁化反転素子に光が入射するように構成される。また、スピン注入磁化反転素子は、光変調素子として２次元配列して空間光変調器を構成する場合に、上に接続する配線（電極）と下に接続する配線とを平面視で互いに直交するストライプ状に形成すればよいので、磁界印加方式よりも画素のいっそうの微細化を可能とする。さらに、特許文献５，６のように、磁化自由層に電極を接続しない並設デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子を適用して、一対の電極を構成する各配線の両方を良導体の金属電極材料で形成することもできる。

【0005】

磁壁移動方式の空間光変調器は、細線状の磁性膜（磁性細線）が光変調素子として搭載され、その両端に一対の電極が接続される。磁性細線に電流を細線方向に供給すると、電流と逆方向に磁壁が移動するため、所定領域における磁化方向が変化する。磁壁移動方式では、駆動に必要な電流が、細線方向における（細線方向に垂直な断面での）電流密度によるため、スピン注入方式よりも電流が抑えられる。さらに、２０ｎｍ程度以下の薄膜でないと磁化反転し難いスピン注入磁化反転素子の磁化自由層と異なり、磁壁移動方式の空間光変調器は、磁性細線が７０ｎｍ程度まで厚膜化されてもよく、磁気光学効果を高くすることが容易である。また、ＭＲＡＭに適用されているように、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（例えば、特許文献７）。

【0006】

また、スピン注入方式や磁壁移動方式の空間光変調器は、選択トランジスタ型のＭＲＡＭと同様に、光変調素子をＭＯＳＦＥＴで形成したトランジスタ等を経由して電極の一方を構成する配線に接続してもよい（例えば、特許文献６，７）。このような構成にすることにより、電流の回り込みによる損失を削減して消費電流を低減することができ、スピン注入方式ではさらに、ＭＲＡＭの読出しと同様の方法で書込みエラー検出を可能とすることもできる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第４５９６４６８号公報

【特許文献2】特許第４８２９８５０号公報

【特許文献3】特許第５００１８０７号公報

【特許文献4】特許第４９３９４８９号公報

【特許文献5】特許第５５６７９６９号公報

【特許文献6】特開２０１３−１９５５９４号公報

【特許文献7】特開２０１１−１１９５３７号公報

【特許文献8】特開２００５−１０１１８６号公報

【特許文献9】特許第２７９１４２９号公報

【特許文献10】特許第５４０１６６１号公報

【特許文献11】特開２０１３−２４３３３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

空間光変調器は、スピン注入方式においては３層以上の多層膜からなる光変調素子を基板上に２次元配列して、電極として少なくとも２層の配線、およびこれらを互いに絶縁するために間に設けられる絶縁層を備え、あるいはさらにトランジスタを備える。そのため、空間光変調器の製造は、これらの各層の成膜と加工とを繰り返す多数の工程を要し、製品完成のための所要時間（ＴＡＴ：turn around time）が長くなる。特に、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方式の光変調素子は、面内に分離した２つの磁化固定層を備えるため、工程が繁雑である。

【0009】

そこで、本発明者らは、近年、高集積化された半導体素子（半導体装置）のチップ面積を縮小するために開発された積層型半導体装置に着目した。積層型半導体装置は、それぞれ回路を形成したウェハまたはチップを貼り合わせて製造されるので、ウェハ毎に別ラインで製造することができる。具体的には、例えば、ウェハに一対の電極の一方を構成する配線を形成し、他方を構成する配線および光変調素子を別のウェハに形成して、これら２枚のウェハを貼り合わせて光変調素子と配線（電極）とを接合する。

【0010】

このような積層型半導体装置において各ウェハの配線同士を機械的にかつ電気的に接続するためには、貫通電極を形成したり、一方のウェハまたはチップの接合面にバンプ等を形成して、高温や加圧等で圧着する方法が知られている（例えば、特許文献８）。しかし、１μｍ程度以下のピッチの微細な画素毎に貫通孔を形成することは困難である。一方、バンプによる接合は、熱で光変調素子の磁性膜へのダメージを生じる虞があり、また、微細な画素の空間光変調器では、配線の幅が狭いため、十分な密着力が得られ難く、剥離する虞がある。

【0011】

また、金属材料や絶縁材料にかかわらず、さらに室温等の低温で、ウェハやチップを接合する技術として、表面活性化接合、水酸基接合、および原子拡散接合が知られている。表面活性化接合は、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気で、不活性ガスのイオンやプラズマを両方の接合面に照射した後、この環境下で接触させることにより接合する（例えば、特許文献９）。表面活性化接合は、被接合材料にもよるが、密着力が強くなく剥離する虞がある。原子拡散接合は、一方または両方の接合面に、真空または不活性ガス雰囲気でＡｌ等の金属を膜厚０．２ｎｍ〜１μｍに成膜して、成膜した金属膜同士をこの環境下で接触させることにより接合する（例えば、特許文献１０）。したがって、それぞれのウェハに形成した２組以上の配線同士を電気的に接続するためには、各接合面に露出させた異なる配線間が金属膜で短絡しないように、配線パターンを空けたマスクを成膜チャンバー内で離脱自在にウェハ上に設置する必要があり、また、結果として、バンプによる接合と同様に、配線の幅が狭いために十分な密着力が得られ難い。水酸基接合は、接合面に水洗等により水酸基を付着させて親水化処理し、この接合面同士を接触させることにより接合する（例えば、特許文献１１）。水酸基接合のためには、両接合面を算術平均粗さＲａで１ｎｍ以下に平滑化する必要があり、光変調素子を形成したウェハを化学的機械研磨（ＣＭＰ）等で研磨すると、光変調素子にダメージを与える虞がある。

【0012】

しかしながら、これら２枚のウェハを電気的に接続するためには、金属薄膜の光変調素子や配線（電極）への高精細なパターニングを必要としていた。その為、空間光変調器の製造工程が複雑になってしまっていた。

【0013】

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであって、製造工程が簡素である空間光変調器および空間光変調器の製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

前記課題を解決するために本発明の一態様による空間光変調器は、第１基板と第２基板とを接合層を介して接合した空間光変調器である。
ここで、前記第１基板は、矩形に形成された第１基体と、前記第１基体上で対向する辺に向かって形成された複数の第１電極と、隣り合う前記第１電極間を絶縁する第１絶縁層とを備え、表面には前記第１電極によって縞状のパターンが形成されている。

【0015】

また、前記第２基板は、矩形に形成された第２基体と、前記第２基体上に前記第１電極と交差する方向に形成された複数の第２電極と、前記第２電極上で前記第１電極と交差する交点に当該第２電極から突出して２次元配列された複数の光変調素子と、隣り合う前記第２電極間および隣り合う前記光変調素子間を絶縁すると共に２次元配列された前記各光変調素子の一部が前記第１基板側に突出するように形成された第２絶縁層とを備え、表面には前記光変調素子によって２次元配列の凸形状パターンが形成されている。

【0016】

また、前記接合層は、前記第１基板の表面に成膜された第１金属膜と、前記第２基板の表面に成膜された第２金属膜と、を備え、突出した前記各光変調素子の一部により当該第１金属膜と当該第２金属膜との接合部が形成されると共に、前記接合部以外の当該接合層の表面部分が酸化膜として形成される。

【0017】

このような構成を備える空間光変調器は、突出した各光変調素子によって凸形状パターンが第２基板に形成される。そして、この凸形状パターンは、第２金属膜が成膜されることで、第１基板に成膜される第１金属膜との接合部を形成する。

【発明の効果】

【0022】

本発明の一態様によれば、第２絶縁層の表面から突出した各光変調素子に第２金属膜が成膜されることで第１基板との接合部になるので、接合のためのパターニングが不要であり、製造工程を簡素化、短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の概略構成図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器に用いる光変調素子の概略図であり、（ａ）はＯＮ状態（明）を示し、（ｂ）はＯＦＦ状態（暗）を示す。

【図3】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の上部電極が延設される方向（Ｙ方向）の断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の下部電極が延設される方向（Ｘ方向）の断面図であり、（ａ）は全体図を示し、（ｂ）は要部拡大図を示す。

【図5】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器を説明するための図であり、（ａ）は第２基板である上部基板の外観斜視図であり、（ｂ）は第１基板である下部基板の外観斜視図である。

【図6】第１基板である下部基板の製造工程の例示であり、（ａ）ないし（ｃ）は各工程を示す。

【図7】第２基板である上部基板の製造工程の例示であり、（ａ）ないし（ｇ）は各工程を示す。

【図8】第１基板である下部基板および第２基板である上部基板の接合工程の例示であり、（ａ）ないし（ｃ）は各工程を示す。

【図9】本発明の第２実施形態に係る空間光変調器の上部電極が延設される方向（Ｙ方向）の断面図であり、（ａ）は全体図を示し、（ｂ）は要部拡大図を示す。

【図10】本発明の第２実施形態に係る空間光変調器を説明するための図であり、（ａ）は第２基板である上部基板の外観斜視図であり、（ｂ）は第１基板である下部基板の外観斜視図である。

【図11】第１基板である下部基板の製造工程の例示であり、（ａ）ないし（ｄ）は各工程を示す。

【図12】第２基板である上部基板の製造工程の例示であり、（ａ）ないし（ｆ）は各工程を示す。

【図13】第１基板である下部基板および第２基板である上部基板の接合工程の例示であり、（ａ）ないし（ｃ）は各工程を示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明に係る空間光変調器を実現するための形態について図を参照して説明する。ここで、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、参照する図面における寸法は、説明を明確にするために誇張して表現されている場合がある。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

【0025】

［第１実施形態］
≪第１実施形態に係る空間光変調器の構成≫
本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１の構成の概略を図１に示す。なお、図１では、光の変調に関する構成以外のもの（例えば、基体や絶縁層など）を省略して記載している。本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１は、入射した光を異なる２値の光（偏光成分）に変調して出射するスピン注入方式の光変調素子２３を２次元配列して備える。光変調素子２３は、Ｙ方向（図１における縦方向）に延設された上部電極２２と、上部電極２２に直交するＸ方向（図１における横方向）に延設された下部電極１２との交点に設置されており、一対の電極としての上部電極２２と下部電極１２によって上下から挟まれている。各々の光変調素子２３は、空間光変調器１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画素となる。

【0026】

本実施形態では、説明を簡潔にするために、空間光変調器１は、Ｙ方向（図１における縦方向）に延設された４本（Ｄ１〜Ｄ４）の上部電極２２と、上部電極２２と直交するＸ方向（図１における横方向）に延設された４本（Ｓ１〜Ｓ４）の下部電極１２と、を備える。そして、上部電極２２と下部電極１２との交点毎に１つの光変調素子２３（画素）が形成されることで、４行×４列の１６個の光変調素子２３（画素）からなる構成で例示される。これは、後記の第２実施形態も同様とする。

【0027】

上部電極２２には、上部電極選択部２が接続されており、一方、下部電極１２には、下部電極選択部３が接続されている。また、上部電極選択部２および下部電極選択部３には、電流源４と、電流制御手段５とが接続されている。なお、上部電極選択部２、下部電極選択部３、電流源４および電流制御手段５は、空間光変調器１と別の構成にしてもよい。
上部電極選択部２は、Ｄ１〜Ｄ４の上部電極２２から１つの電極を選択し、また、下部電極選択部３は、Ｓ１〜Ｓ４の下部電極１２から１つの電極を選択する。これら上部電極選択部２および下部電極選択部３によって、マトリクス状の複数の光変調素子２３（画素）の中から１個が特定されることになる。

【0028】

電流源４は、光変調素子２３にパルス電流を供給するものである。なお、電流源４は、直流電流を供給するように構成してもよい。
電流制御手段５は、上部電極選択部２、下部電極選択部３および電流源４を制御するものである。この電流制御手段５は、各光変調素子２３に流れる電流の方向および大きさを制御して、各光変調素子２３にスピン注入することによって、光変調素子２３の磁化を反転させる。

【0029】

次に、図２を参照して、スピン注入方式の光変調素子２３の動作原理を簡単に説明する。光変調素子２３は、スピン注入磁化反転と磁気光学効果を利用したＣＰＰ−ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子である。光変調素子２３は、主に、磁化固定層２３１、中間層２３２、磁化自由層２３３により構成され、上部（自由層２３３側）に上部電極２２が接続されると共に下部（固定層２３１側）に下部電極１２が接続される。

【0030】

磁化固定層２３１は、磁化方向が所定方向に固定された層である。ここで、磁化固定層２３１内の矢印は磁化方向の例示であり、図２では下向きに磁化している場合を想定している。中間層２３２は、磁化固定層２３１と磁化自由層２３３とに挟まれた中間に位置したトンネルバリヤ層である。磁化自由層２３３は、上部電極２２，下部電極１２を介して流される電流の大きさと向きにより、磁化の向きが反転される層である。ここで、磁化自由層２３３内の矢印は、磁化方向の例示である。

【0031】

例えば、電流を磁化自由層２３３側から流した場合には、電子は下から上へ流れる。ここで、磁化固定層２３１が下向きに磁化しているので、磁化固定層２３１に入ろうとする上向きのスピンの電子は磁化固定層２３１で反射され、下向きのスピンの電子だけが磁化固定層２３１、中間層２３２を通過して磁化自由層２３３に注入される。したがって、磁化自由層２３３の磁化は、下向きに反転する（図２（ａ）参照）。一方、電流を磁化固定層２３１側から流した場合には、電子は上から下へ流れる。ここで、磁化固定層２３１が下向きに磁化しているので、磁化自由層２３３、中間層２３２を通過した電子のうち、磁化固定層２３１の磁化の向きと反対の上向きのスピンの電子は磁化固定層２３１で反射される。したがって、磁化自由層２３３には上向きのスピンの電子が多く存在することになり、磁化自由層２３３の磁化は、上向きに反転する（図２（ｂ）参照）。

【0032】

このように、光変調素子２３は、電流源４から流される電流の大きさと向きにより、磁化自由層２３３の磁化の向きを制御することができる。つまり、上部電極２２に透明電極材料を用いて、レーザ光源９２から偏光フィルタ９４ａ越しに当てたレーザー光は、磁気光学カー効果により磁化自由層２３３の磁化の向きや大きさにより偏光面が回転する。

【0033】

次に、図３および図４を参照して、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１の具体的な構成について説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１の上部電極２２が延設される方向（Ｙ方向）の断面図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１の下部電極１２が延設される方向（Ｘ方向）の断面図であり、（ａ）は全体図を示し、（ｂ）は図４（ａ）の要部拡大図を示すものである。なお、空間光変調器１の上部側（Ｚ方向側）が光の入射面である。

【0034】

図３および図４に示すように、空間光変調器１は、共に板状の上部基体２１および下部基体１１を備えて構成され、重ねられた２枚の基体２１，１１の間に、光変調素子２３が２次元配列されている。下部基体１１は、第１基体であり、また、上部基体２１は、第２基体である。光変調素子２３の上部には、上部電極２２が接続され、一方、光変調素子２３の下部には、接合層３０を介して下部電極１２が接続されている。これにより、空間光変調器１は、下から主に、下部基体１１、下部電極１２、接合層３０、光変調素子２３、上部電極２２、上部基体２１の順に積層されている。

【0035】

空間光変調器１は、後記製造方法にて説明するように、各基体１１，２１を土台として光変調素子２３等の要素が別々に形成され、第１基板である下部基板１０（図５（ｂ）参照）および第２基板である上部基板２０（図５（ａ）参照）が製造される。そして、上部電極２２と下部電極１２とが交差（ここでは、直交）するように対面させ、図３および図４に示すように、これら二つの基板１０，２０が接合層３０を介して１つに貼り合わされて製造される。なお、各基板１０，２０の構成を個別に説明するに際して、基体１１，２１のそれぞれにおける平面（上面や表面と呼ぶ場合がある）は、光変調素子２３や電極１２，２２が形成された側を指し、各要素については、土台とする基体１１または基体２１の側を下として説明する場合がある。以下、各構成について説明する。

【0036】

＜下部基板＞
第１基板である下部基板１０の構成について説明する。図３に示すように、下部基板１０は、第１基体である下部基体１１と、下部基体１１上にパターン形成される第１電極である下部電極１２と、パターン形成された下部電極１２の間に形成される第１絶縁層である絶縁層１３とからなる。

【0037】

下部基体１１は、例えば、Ｓｉ基板である。下部基体１１には、図１に示す上部電極選択部２、下部電極選択部３、電流源４、電流制御手段５を含む回路が形成されていてもよい。下部電極１２は、例えば、リソグラフィ技術を用いて下部基体１１上にパターン形成される。下部電極１２は、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あってよい。絶縁層１３は、パターン形成された下部電極１２の間に形成されており、隣接する下部電極１２間を絶縁する。

【0038】

下部基板１０の表面１０ａは、図５（ｂ）に示すように、下部電極１２および絶縁層１３が同一平面状（面一）に形成されている。下部基板１０の表面粗さは、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理等により小さいことが望ましい。

【0039】

＜上部基板＞
第２基板である上部基板２０の構成について説明する。図４（ａ）に示すように、上部基板２０は、第２基体である上部基体２１と、上部基体２１上にパターン形成される第２電極である上部電極２２と、上部電極２２から突出して２次元配置されている光変調素子２３と、パターン形成された上部電極２２や光変調素子２３の間に形成される第２絶縁層である絶縁層２４とからなる。

【0040】

上部基体２１は、例えば、ガラスなどの透明基板である。上部電極２２は、光を通す透明電極であり、例えば、リソグラフィ技術を用いて上部基体２１上にパターン形成される。上部電極２２は、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Indium Zinc Oxide）、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）、酸化アンチモン−酸化スズ系（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）等の公知の透明電極材料からなる。上部電極２２は、特に、比抵抗と成膜の容易さとの点からＩＺＯが最も好ましい。

【0041】

光変換素子２３は、例えば、リソグラフィ技術を用いて上部電極２２上にパターン形成される。ここでの光変調素子２３は、図４（ｂ）に示すように、上部電極２２側から磁化自由層２３３、中間層２３２、磁化固定層２３１、保護層２３４の順に積層されている４層構造である。

【0042】

磁化固定層２３１および磁化自由層２３３は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子に用いられる公知の磁性材料であって、特に、極カー効果で旋光角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。磁化固定層２３１および磁化自由層２３３は、例えば、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多層膜のような多層膜、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等からなる。

【0043】

光変調素子２３をＧＭＲ構造とする場合、中間層２３２は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌのような非磁性金属からなり、厚さは１〜１０ｎｍとすることが好ましい。また、ＴＭＲ構造とする場合、中間層２３２は、非磁性金属ではなく、ＭｇＯ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＡｌ₂Ｏ₄，ＨｆＯ₂からなり、厚さが０．６〜２ｎｍ程度の極めて薄い絶縁膜とすることが好ましい。

【0044】

保護層２３４は、磁化固定層２３１を形成する磁性膜に連続して成膜される。保護層２３４は、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕの単層、またはＣｕ／Ｔａ，Ｃｕ／Ｒｕの２層（Ｃｕが内側（下層））等から構成される。保護層２３４の厚さ（膜厚）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２３１を保護する効果がそれ以上には向上しない。したがって、保護層２３４の厚さは、１〜１０ｎｍが好ましく、３〜５ｎｍがより好ましい。

【0045】

絶縁層２４は、パターン形成された上部電極２２や光変調素子２３の間に形成されており、隣接する上部電極２２間や隣接する光変調素子２３間を絶縁する。上部基板２０の表面２０ａは、光変調素子２３および絶縁層２４からなり、光変調素子２３の一部が絶縁層２４に対して露出することにより段差構造を形成している。つまり、絶縁層２４は、光変調素子２３の先端が下部基板１０側に所定量だけ露出するように形成されている。光変調素子２３の露出量（突出量）Ｈ（図４（ｂ）参照）は、例えば、０．２ｎｍ以上あることが好ましく、また、製造過程において磁化固定層２３１が大気に暴露されないようにするため、保護層２３４の厚み未満であることが望ましい。これにより、上部基板２０の表面２０ａには、図５（ａ）に示すように、露出した光変調素子２３によって２次元配列の凸形状パターンが形成される。

【0046】

光変調素子２３による凸形状パターンは、種々の方法により形成されてよく、形成するための方法は特に限定されない。以下では、凸形状パターンの形成方法の例を示す。
例えば、リソグラフィで光変調素子２３のレジストのパターニング、エッチングの後に絶縁層２４で埋め戻す場合、エッチング深さよりも保護層２３４の厚み分だけ浅く埋め戻すようにする。その後、可能であればＣＭＰ等で表面平坦化処理をするのが好ましい。

【0047】

また、リソグラフィで光変調素子２３のレジストのパターニング、エッチングの後に絶縁層２４で埋め戻す場合、絶縁層２４を適切な厚みで埋め戻して（必要に応じてＣＭＰ等で表面を平坦化して）、ＣＦ₄などの反応性ガスで絶縁層２４のみを数ｎｍエッチングしてもよい。この際、光変調素子２３は、ほとんどエッチングされないので（光変調素子２３と絶縁層２４とはエッチングレートが異なるため）容易に凸形状パターンが完成する。

【0048】

また、上部基体２１上に絶縁層２４を形成し、フォトリソグラフィにより光変調素子２３のパターンのレジスト孔をパターニングし、エッチングをした後に、光変調素子２３の成膜およびリフトオフを行う場合、エッチングの深さよりも厚く光変調素子２３を成膜してからリフトオフを行うようにする。その後、可能であればＣＭＰ等で表面平坦化処理をするのが好ましい。

【0049】

＜接合層＞
接合層３０の構成について説明する。図４（ａ）に示すように、接合層３０は、第１基板である下部基板１０と第２基板である上部基板２０とを接合するものである。接合層３０は、図４（ｂ）に示すように、上部基板２０の表面に形成された上部側の金属薄膜３２と下部基板１０の表面に形成された下部側の金属薄膜３１とからなり、例えば、原子拡散接合法によりこれらの金属薄膜３１，３２が接合されている。金属薄膜３１，３２は、スパッタ等の方法で基板１０，２０上に成膜されればよく、略均一の厚さに形成される。上部側の金属薄膜３２は、上部基板２０と同様の凸形状パターンを有する。これにより、光変調素子２３の下部が上部側の金属薄膜３２と下部側の金属薄膜３１とを接合する接合部３３となる。なお、以下では、下部基体１１と、下部電極１２と、絶縁層１３と、下部電極１２および絶縁層１３の表面に形成された金属薄膜３１とを含めて「第１基板」と呼ぶ場合がある。また、上部基体２１と、上部電極２２と、光変調素子２３と、絶縁層２４と、光変調素子２３および絶縁層２４の表面に形成された金属薄膜３２とを含めて「第２基板」と呼ぶ場合がある。

【0050】

また、接合層３０は、導通部３０ａと絶縁部３０ｂとの二つの部分からなる。導通部３０ａは、光変調素子２３の下部（特に、接合部３３の中央付近）に形成されており、光変調素子２３と下部電極１２とを電気的に接続させる。一方、絶縁部３０ｂは、導通部３０ａの周囲および接合部３３以外の部分に形成されている。導通部３０ａおよび絶縁部３０ｂは、金属薄膜３１，３２が接合された状態の下部基板１０および上部基板２０を大気中に暴露することにより、金属薄膜３１，３２の表面が酸化されることによって形成される。つまり、接合部３３以外の接合層３０の表面部分が酸化膜として形成されている。

【0051】

接合層３０の材料は、接合のための自己拡散係数が大きく、かつ大気中で酸化しやすい材料が望ましく、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）にクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）を加えた合金などが適している。また、各金属薄膜３１，３２の厚さは、接合の強度や、接合部３３以外の部分を完全に酸化させる必要があることを考えた場合に、数ｎｍ程度であることが望ましい。

【0052】

≪第１実施形態に係る空間光変調器の製造方法≫
次に、第１実施形態に係る空間光変調器１の製造方法について説明する。
本実施形態に係る空間光変調器１は、光変調素子２３や電極１２，２２をそれぞれ基体１１または基体２１に形成することで、図５に示す下部基板１０および上部基板２０を製造する。そして、上部電極２２と下部電極１２とが交差（ここでは、直交）するように対面させ、これら二つの基板１０，２０を貼り合わせて製造される。以下、各工程について説明する。

【0053】

＜下部基板の製造工程＞
第１基板である下部基板１０の製造工程について説明する。下部基板１０の製造工程は、一般的な半導体装置の製造工程と同様の方法を適用することができる。例えば、フォトリソグラフィにより下部基板１０の製造を行う場合について、図６を参照して説明する。

【0054】

最初に、Ｓｉなどの下部基体１１上にＳｉＯ₂などの絶縁膜１３ｐを成膜し（図６（ａ）参照）、下部電極の形成位置を開口するレジスト４１を用いて成膜した絶縁膜１３ｐに下部電極パターンの孔を形成する（図６（ｂ）参照）。次に、下部電極材料である銅などを成膜してからレジスト４１をリフトオフして、下部電極１２をパターン形成する（図６（ｃ）参照）。これにより、第１基板である下部基板１０が完成する。

【0055】

＜上部基板の製造工程＞
第２基板である上部基板２０の製造工程について説明する。上部基板２０の製造工程は、光変調素子２３の一部が絶縁層２４に対して露出することで、光変調素子２３による２次元配列の凸形状パターンを上部基板２０の表面２０ａに形成することができればよく、種々の方法を用いることができる。ここでは、リソグラフィ技術を用いて上部電極２２および光変調素子２３を形成した後に、絶縁層２４を埋め戻す工程で凸形状パターンを形成する場合について、図７を参照して説明する。なお、絶縁層２４を先に形成した後で、光変調素子２３を形成する工程で光変調素子２３による凸形状パターンを形成してもよい。

【0056】

最初に、ガラスなどの透明な上部基体２１上に上部電極材料であるインジウム亜鉛酸化物などの上部電極膜２２ｐを成膜し（図７（ａ）参照）、上部電極の形成位置以外を開口するレジスト４２を用いて成膜した上部電極膜２２ｐを上部電極パターンにエッチングする（図７（ｂ）参照）。次に、エッチングした部分をＳｉＯ₂で埋め戻すことで絶縁層２４の一部分２４ｐを形成してから、レジスト４２をリフトオフすることで上部電極２２をパターン形成する（図７（ｃ）参照）。

【0057】

次に、光変調素子２３の磁化自由層２３３、中間層２３２、磁化固定層２３１、保護層２３４を形成するための金属膜や磁性膜からなる光変調素子層２３ｐを成膜し（図７（ｄ）参照）、光変調素子の形成位置以外を開口するレジスト４３を用いて成膜した光変調素子層２３ｐを光変調素子パターンにエッチングする（図７（ｅ）参照）。

【0058】

次に、エッチングした部分をＳｉＯ₂で埋め戻すことで絶縁層２４を形成してから、レジスト４３をリフトオフすることで光変調素子層２３を二次元配列にパターン形成する（図７（ｆ）参照）。そして、必要に応じてＣＭＰ処理で表面を平坦化してから、ＣＦ₄などの反応性ガスで絶縁層２４のみを数ｎｍエッチングし、凸形状パターンを形成する（図７（ｇ）参照）。この際、光変調素子２３と絶縁層２４とはエッチングレートが異なるため、光変調素子２３はほとんどエッチングされない。その為、容易に凸形状パターン（段差構造）を完成することができる。

【0059】

これにより、第２基板である上部基板２０が完成する。なお、接合工程において、上部基板２０の表面粗さは小さいことが望ましいので、最後に上部基板２０の表面２０ａをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理等することが好ましい。
なお、図７（ｆ）に示すエッチングした部分をＳｉＯ₂で埋め戻す工程において、エッチング深さよりも保護層２３４の厚み分だけ浅く埋め戻すようにして凸形状パターンを形成するようにしてもよい。これにより、図７（ｇ）に示すエッチングの工程を省略することができる。この際にも、ＣＭＰ処理等で表面を平坦化することが好ましい。

【0060】

また、ここでは、リソグラフィ技術を用いて上部電極２２および光変調素子２３を形成した後に、絶縁層２４を埋め戻す工程で凸形状パターンを形成する場合を説明したが、絶縁層２４を先に形成した後で、光変調素子２３を形成する工程で凸形状パターンを形成してもよい。その場合、例えば、ガラスなどの透明の上部基体２１上に絶縁層２４を形成し、フォトリソグラフィにより光変調素子パターンのレジスト孔をパターニングし、エッチングをした後に、光変調素子層２３ｐの成膜およびリフトオフを行うことで光変調素子２３をパターン形成する。この際に、エッチングの深さよりも厚く光変調素子層２３ｐを成膜し、リフトオフを行うようにする。その後、可能であればＣＭＰ処理等で表面を平坦化することが好ましい。

【0061】

＜上部基板と下部基板との接合工程＞
第２基板である上部基板２０（図５（ａ）参照）と第１基板である下部基板１０（図５（ｂ）参照）とを製造した後に、これらの両基板１０，２０を接合する接合工程について図８を参照して説明する。ここでは、両基板１０，２０の接合に原子拡散接合法を用いる場合を想定する。原子拡散接合法は、金属薄膜の粒界や表面における原子拡散を利用することで、大きな圧力を印加することなく室温で対象物を接合することが可能である。

【0062】

真空中で下部基板１０や上部基板２０の表面に金属薄膜３１，３２をスパッタ等の方法で成膜し（図８（ａ）参照）、引き続き同一真空中で成膜した金属薄膜３１，３２を相互に接触させて接合する（図８（ｂ）参照）。この際に、上部基板２０の表面２０ａには、光変調素子２３によって凸形状パターンが形成されているために、光変調素子２３の下部が上部側の金属薄膜３２と下部側の金属薄膜３１とを接合する接合部３３となる。これにより、二つの金属薄膜３１，３２からなる接合層３０が形成される。

【0063】

金属薄膜３１，３２の材料は、接合のための自己拡散係数が大きく、かつ大気中で酸化しやすい材料が望ましく、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）にクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）を加えた合金などが適している。また、金属薄膜３１，３２の厚さは、この後の工程における接合の強度や酸化される範囲を考慮した場合に、数ｎｍ程度にするのが望ましい。

【0064】

次に、接合されて一体となった基板１０，２０を真空空間から取り出して、大気中に暴露する。これによって、成膜した金属薄膜３１，３２の表面が酸化して酸化領域（絶縁部３０ｂ）が形成される。この絶縁部３０ｂは、接合部３３全体が酸化しないようにする保護の役割と、各電極１２や各光変調素子２３間を絶縁する絶縁層としての役割とを有する。

【0065】

以上のように、第１実施形態に係る空間光変調器１およびその製造方法は、光変調素子２３の一部が絶縁層２４に対して露出することで、上部基板２０の表面２０ａに光変調素子２３による凸形状パターンが形成される。そして、この凸形状パターンは、金属薄膜３２が成膜されることで、下部基板１０（具体的には、下部電極１２）との接合部３３になる。その為、第１実施形態に係る空間光変調器１は、接合のための金属薄膜３１，３２のパターニングが不要になるので、製造工程を簡素化、短縮することが可能である。
なお、両基板１０，２０を接合した後で大気中に暴露されることで、金属薄膜３１，３２の表面は酸化される。この酸化膜は、接合部３３全体が酸化しないようにするための保護の役割と、各電極間や各素子間を絶縁する絶縁層として働く。

【0066】

［第２実施形態］
第１実施形態に係る空間光変調器１では、光変調素子を絶縁層から露出させることで２次元配列の凸形状パターン（段差構造）からなる接合部を形成していた。第２実施形態に空間光変調器１Ａでは、下部電極を絶縁層から露出させることで線状の凸形状パターン（段差構造）からなる接合部を形成する。

【0067】

≪第２実施形態に係る空間光変調器の構成≫
図９を参照して、本発明の第２実施形態に係る空間光変調器１Ａの具体的な構成について説明する。図９は、本発明の第２実施形態に係る空間光変調器１Ａの上部電極２２が延設される方向（Ｙ方向）の断面図であり、（ａ）は全体図を示し、（ｂ）は図９（ａ）の要部拡大図を示すものである。なお、空間光変調器１Ａの上部側（Ｚ方向側）が光の入射面である。

【0068】

図９に示すように、空間光変調器１Ａは、共に板状の上部基体２１および下部基体１１を備えて構成され、重ねられた２枚の基体２１，１１の間に、光変調素子２３が２次元配列されている。下部基体１１は、第１基体であり、また、上部基体２１は、第２基体である。光変調素子２３の上部には、上部電極２２が接続され、一方、光変調素子２３の下部には、接合層３０Ａを介して下部電極１２が接続されている。これにより、空間光変調器１Ａは、下から主に、下部基体１１、下部電極１２、接合層３０Ａ、光変調素子２３、上部電極２２、上部基体２１の順に積層されている。

【0069】

空間光変調器１Ａは、後記製造方法にて説明するように、各基体１１，２１を土台として光変調素子２３等の要素が別々に形成され、第１基板である下部基板１０Ａ（図１０（ｂ）参照）および第２基板である上部基板２０Ａ（図１０（ａ）参照）が製造される。そして、上部電極２２と下部電極１２とが交差（ここでは、直交）するように対面させ、図９に示すように、これら二つの基板１０Ａ，２０Ａが接合層３０Ａを介して１つに貼り合わされて製造される。なお、各基板１０Ａ，２０Ａの構成を個別に説明するに際して、基体１１，２１のそれぞれにおける平面（上面や表面と呼ぶ場合がある）は、光変調素子２３や電極１２，２２が形成された側を指し、各要素については、土台とする基体１１または基体２１の側を下として説明する場合がある。以下、各構成について説明する。

【0070】

＜下部基板＞
第１基板である下部基板１０Ａの構成について説明する。図９（ａ）に示すように、下部基板１０Ａは、第１基体である下部基体１１と、下部基体１１上にパターン形成される第１電極である下部電極１２と、パターン形成された下部電極１２の間に形成される第１絶縁層である絶縁層１３Ａとからなる。

【0071】

下部基体１１は、例えば、Ｓｉ基板である。下部電極１２は、例えば、リソグラフィ技術を用いて下部基体１１上にパターン形成される。下部電極１２は、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あってよい。絶縁層１３Ａは、パターン形成された下部電極１２の間に形成されており、隣接する下部電極１２間を絶縁する。

【0072】

下部基板１０Ａの表面１０Ａａは、下部電極１２および絶縁層１３Ａからなり、下部電極１２の一部が絶縁層１３Ａに対して露出することにより段差構造を形成している。
つまり、絶縁層１３Ａは、下部電極１２の先端が上部基板２０Ａ側に所定量だけ露出するように形成されている。下部電極１２の露出量（突出量）Ｈは、例えば、０．２ｎｍ以上あることが好ましい。これにより、下部基板１０Ａの表面１０Ａａには、図１０（ｂ）に示すように、露出した下部電極１２によって線状の凸形状パターンが形成される。

【0073】

下部電極１２による凸形状パターンは、種々の方法により形成されてよく、形成するための方法は特に限定されない。以下では、凸形状パターンの形成方法の例を示す。
例えば、リソグラフィで下部電極１２のレジストのパターニング、エッチングの後に絶縁層１３Ａで埋め戻す場合、下部電極１２の厚さよりも浅く埋め戻すようにする。その後、可能であればＣＭＰ等で表面平坦化処理をするのが好ましい。

【0074】

また、リソグラフィで下部電極１２のレジストのパターニング、エッチングの後に絶縁層１３Ａで埋め戻す場合、絶縁層１３Ａを適切な厚みで埋め戻して（必要に応じてＣＭＰ等で表面を平坦化して）、ＣＦ₄などの反応性ガスで絶縁層１３Ａのみを数ｎｍエッチングしてもよい。この際、下部電極１２は、ほとんどエッチングされないので（下部電極１２と絶縁層１３Ａとはエッチングレートが異なるため）容易に凸形状パターンが完成する。

【0075】

また、下部基体１１上に絶縁層１３Ａを形成し、フォトリソグラフィにより下部電極１２のパターンのレジスト孔をパターニングし、エッチングをした後に、下部電極１２の成膜およびリフトオフを行う場合、エッチングの深さよりも厚く下部電極１２を成膜してからリフトオフを行うようにする。その後、可能であればＣＭＰ等で表面平坦化処理をするのが好ましい。

【0076】

＜上部基板＞
第２基板である上部基板２０Ａの構成について説明する。図９（ａ）に示すように、上部基板２０Ａは、第２基体である上部基体２１と、上部基体２１上にパターン形成される第２電極である上部電極２２と、上部電極２２から突出して２次元配置されている光変調素子２３と、パターン形成された上部電極２２や光変調素子２３の間に形成される第２絶縁層である絶縁層２４Ａとからなる。

【0077】

上部基体２１、上部電極２２および光変調素子２３は、第１実施形態で説明した通りである。すなわち、上部基体２１は、例えば、ガラスなどの透明基板である。上部電極２２は、光を通す透明電極である。光変換素子２３は、例えば、リソグラフィ技術を用いて上部電極２２上に形成され、磁化自由層２３３、中間層２３２、磁化固定層２３１、保護層２３４の４層構造からなる。

【0078】

絶縁層２４Ａは、パターン形成された上部電極２２や光変調素子２３の間に形成されており、隣接する上部電極２２間や隣接する光変調素子２３間を絶縁する。上部基板２０Ａの表面２０Ａａは、図１０（ａ）に示すように、光変調素子２３および絶縁層２４Ａが同一平面状（面一）に形成されている。上部基板２０Ａの表面粗さは、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理等により小さいことが望ましい。

【0079】

＜接合層＞
接合層３０Ａの構成について説明する。図９（ａ）に示すように、接合層３０Ａは、第１基板である下部基板１０Ａと第２基板である上部基板２０Ａとを接合するものである。接合層３０Ａは、図９（ｂ）に示すように、上部基板２０Ａの表面に形成された上部側の金属薄膜３２Ａと下部基板１０Ａの表面に形成された下部側の金属薄膜３１Ａとからなり、例えば、原子拡散接合法によりこれらの金属薄膜３１Ａ，３２Ａが接合されている。金属薄膜３１Ａ，３２Ａは、スパッタ等の方法で基板１０Ａ，２０Ａ上に成膜されればよく、略均一の厚さに形成される。下部側の金属薄膜３１Ａは、下部基板１０Ａと同様の凸形状パターンを有する。これにより、下部電極１２の上部が上部側の金属薄膜３２Ａと下部側の金属薄膜３１Ａとを接合する接合部３３Ａとなる。

【0080】

また、接合層３０Ａは、導通部３０Ａａと絶縁部３０Ａｂとの二つの部分からなる。導通部３０Ａａは、下部電極１２の上部（特に、接合部３３Ａの中央付近）に形成されており、光変調素子２３と下部電極１２とを電気的に接続させる。一方、絶縁部３０Ａｂは、導通部３０Ａａ周囲および接合部３３Ａ以外の部分に形成されている。導通部３０Ａａおよび絶縁部３０Ａｂは、金属薄膜３１Ａ，３２Ａが接合された状態の下部基板１０Ａおよび上部基板２０Ａを大気中に暴露することにより、金属薄膜３１Ａ，３２Ａの表面が酸化されることによって形成される。つまり、接合部３３Ａ以外の接合層３０Ａの表面部分が酸化膜として形成されている。

【0081】

接合層３０Ａの材料は、接合のための自己拡散係数が大きく、かつ大気中で酸化しやすい材料が望ましく、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）にクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）を加えた合金などが適している。また、各金属薄膜３１Ａ，３２Ａの厚さは、接合の強度や、接合部３３Ａ以外の部分を完全に酸化させる必要があることを考えた場合に、数ｎｍ程度であることが望ましい。

【0082】

≪第２実施形態に係る空間光変調器の製造方法≫
次に、第２実施形態に係る空間光変調器１Ａの製造方法について説明する。
本実施形態に係る空間光変調器１Ａは、光変調素子２３や電極１２，２２をそれぞれ基体１１または基体２１に形成することで、図１０に示す下部基板１０Ａおよび上部基板２０Ａを製造する。そして、上部電極２２と下部電極１２とが交差（ここでは、直交）するように対面させ、これら二つの基板１０Ａ，２０Ａを貼り合わせて製造される。以下、各工程について説明する。

【0083】

＜下部基板の製造工程＞
第１基板である下部基板１０Ａの製造工程について説明する。下部基板１０Ａの製造工程は、下部電極１２の一部が絶縁層１３Ａに対して露出することで、下部電極１２による凸形状パターンを下部基板１０Ａの表面１０Ａａに形成することができればよく、種々の方法を用いることができる。ここでは、フォトリソグラフィにより下部基板１０Ａの製造を行う場合について、図１１を参照して説明する。

【0084】

最初に、Ｓｉなどの下部基体１１上にＳｉＯ₂などの絶縁膜１３ｐを成膜し（図１１（ａ）参照）、下部電極の形成位置を開口するレジスト４１を用いて成膜した絶縁膜１３ｐに下部電極パターンの孔を形成する（図１１（ｂ）参照）。次に、下部電極材料である銅などを成膜してからレジストをリフトオフして、下部電極１２をパターン形成する（図１１（ｃ）参照）。

【0085】

そして、必要に応じてＣＭＰ処理で表面を平坦化してから、ＣＦ₄などの反応性ガスで絶縁層１３Ａのみを数ｎｍエッチングし、下部電極１２による凸形状パターンを形成する（図１１（ｄ）参照）。この際、下部電極１２と絶縁層１３Ａとはエッチングレートが異なるため、下部電極１２はほとんどエッチングされない。その為、容易に凸形状パターン（段差構造）を完成することができる。
これにより、第１基板である下部基板１０Ａが完成する。なお、接合工程において、下部基板１０Ａの表面粗さは小さいことが望ましいので、最後に下部基板１０Ａの表面１０ＡａをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理等することが好ましい。

【0086】

なお、図１１（ｃ）に示す下部電極材料である銅などを成膜する工程において、エッチングの深さよりも厚く下部電極１２を成膜し、リフトオフを行うようにしてもよい。これにより、図１１（ｄ）に示すエッチングの工程を省略することができる。この際にも、ＣＭＰ処理等で表面を平坦化することが好ましい。

【0087】

また、リソグラフィ技術を用いて下部電極１２を形成した後に、絶縁層１３Ａを埋め戻す工程で凸形状パターンを形成してもよい。その場合、絶縁層１３Ａで埋め戻す際に、下部電極１２の厚さよりも浅く絶縁層１３Ａを埋め戻すようにする。この場合にも、ＣＭＰ処理等で表面を平坦化することが好ましい。

【0088】

＜上部基板の製造工程＞
第２基板である上部基板２０Ａの製造工程について説明する。上部基板２０Ａの製造工程は、一般的な半導体装置の製造工程と同様の方法を適用することができる。例えば、フォトリソグラフィにより上部基板２０Ａの製造を行う場合について、図１２を参照して説明する。

【0089】

最初に、ガラスなどの透明な上部基体２１上に上部電極材料であるインジウム亜鉛酸化物などの上部電極膜２２ｐを成膜し（図１２（ａ）参照）、上部電極の形成位置以外を開口するレジスト４２を用いて成膜した上部電極膜２２ｐを上部電極パターンにエッチングする（図１２（ｂ）参照）。次に、エッチングした部分をＳｉＯ₂で埋め戻すことで絶縁層２４Ａの一部分２４ｐを形成してから、レジスト４２をリフトオフすることで上部電極２２をパターン形成する（図１２（ｃ）参照）。

【0090】

次に、光変調素子２３の磁化自由層２３３、中間層２３２、磁化固定層２３１、保護層２３４を形成するための金属膜や磁性膜からなる光変調素子層２３ｐを成膜し（図１２（ｄ）参照）、光変調素子の形成位置以外を開口するレジスト４３を用いて成膜した光変調素子層２３ｐを光変調素子パターンにエッチングする（図１２（ｅ）参照）。

【0091】

次に、エッチングした部分をＳｉＯ₂で埋め戻すことで絶縁層２４Ａを形成してから、レジスト４３をリフトオフすることで光変調素子層２３を二次元配列にパターン形成する（図１２（ｆ）参照）。
これにより、第２基板である上部基板２０Ａが完成する。なお、接合工程において、上部基板２０Ａの表面粗さは小さいことが望ましいので、最後に上部基板２０Ａの表面２０ＡａをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理等することが好ましい。

【0092】

＜上部基板と下部基板との接合工程＞
第２基板である上部基板２０Ａ（図１０（ａ）参照）と第１基板である下部基板１０Ａ（図１０（ｂ）参照）とを製造した後に、これらの両基板１０Ａ，２０Ａを接合する接合工程について図１３を参照して説明する。ここでは、両基板１０Ａ，２０Ａの接合に原子拡散接合法を用いる場合を想定する。原子拡散接合法は、金属薄膜の粒界や表面における原子拡散を利用することで、大きな圧力を印加することなく室温で対象物を接合することが可能である。

【0093】

真空中で下部基板１０Ａや上部基板２０Ａの表面に金属薄膜３１Ａ，３２Ａをスパッタ等の方法で成膜し（図１３（ａ）参照）、引き続き同一真空中で成膜した金属薄膜３１Ａ，３２Ａを相互に接触させて接合する（図１３（ｂ）参照）。この際に、下部基板１０Ａの表面１０Ａには、下部電極１２によって凸形状パターンが形成されているために、下部電極１２の上部が上部側の金属薄膜３２Ａと下部側の金属薄膜３１Ａとを接合する接合部３３Ａとなる。これにより、二つの金属薄膜３１Ａ，３２Ａからなる接合層３０Ａが形成される。

【0094】

金属薄膜３１Ａ，３２Ａの材料は、接合のための自己拡散係数が大きく、かつ大気中で酸化しやすい材料が望ましく、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）にクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）を加えた合金などが適している。また、金属薄膜３１Ａ，３２Ａの厚さは、この後の工程における接合の強度や酸化される範囲を考慮した場合に、数ｎｍ程度にするのが望ましい。

【0095】

次に、接合されて一体となった基板１０Ａ，２０Ａを真空空間から取り出して、大気中に暴露する。これによって、成膜した金属薄膜３１Ａ，３２Ａの表面が酸化して酸化領域（絶縁部３０Ａｂ）が形成される。この絶縁部３０Ａｂは、接合部３３Ａ全体が酸化しないようにする保護の役割と、各電極１２や各光変調素子２３間を絶縁する絶縁層としての役割とを有する。

【0096】

以上のように、第２実施形態に係る空間光変調器１Ａおよびその製造方法は、下部電極１２の一部が絶縁層１３Ａに対して露出することで、下部基板１０Ａの表面１０Ａａに下部電極１２による凸形状パターンが形成される。そして、この凸形状パターンは、金属薄膜３１Ａが成膜されることで、上部基板２０Ａ（具体的には、光変調素子２３）との接合部３３Ａになる。その為、第２実施形態に係る空間光変調器１Ａは、接合のための金属薄膜３１Ａ，３２Ａのパターニングが不要になるので、製造工程を簡素化、短縮することが可能である。
なお、両基板１０Ａ，２０Ａを接合した後で大気中に暴露されることで、金属薄膜３１Ａ，３２Ａの表面は酸化される。この酸化膜は、接合部３３Ａ全体が酸化しないようにするための保護の役割と、各電極間や各素子間を絶縁する絶縁層として働く。

【0097】

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。

【0098】

各実施形態では、上部基板２０，２０Ａ側（上部電極２２側）に光変換素子２３が配設される場合について説明したが、下部基板１０，１０Ａ側（下部電極１２側）に光変換素子２３が配設されていてもよい。その場合、光変換素子２３は、例えば、リソグラフィ技術を用いて下部電極１２上に形成され、下部電極１２側から磁化固定層２３１、中間層２３２、磁化自由層２３３、保護層２３４の順に積層された４層構造になる。そして、凸形状パターンは、下部基板１０に配設された光変換素子２３の先端が絶縁層１３に対して露出するか、または、上部電極２２の先端が絶縁層２４に対して露出するようにする。つまり、各実施形態において「第１基板」は下部基板１０，１０Ａであり、「第２基板」は上部基板２０，２０Ａであったが、この場合において「第１基板」は上部基板２０，２０Ａであり、「第２基板」は下部基板１０，１０Ａになる。

【0099】

また、各実施形態では、各々の基板１０，２０または基板１０Ａ，２０Ａをすべて製造した後に、各基板１０，１０Ａ，２０，２０Ａの表面に金属薄膜３１，３１Ａ，３２，３２Ａを成膜していた。しかしながら、各々の基板１０，２０または基板１０Ａ，２０Ａを接合する前段階の工程（例えば、各基板１０，１０Ａ，２０，２０Ａの製造や金属薄膜３１，３１Ａ，３２，３２Ａの成膜をする工程であり、まとめて「基板準備工程」と呼ぶ場合がある）の順番はこれに限定されるものではない。例えば、基板準備工程は、第２基板である上部基板２０を製造して金属薄膜３２を成膜した後に、第１基板である下部基板１０を製造して金属薄膜３１を成膜する順番であってもよい。

【符号の説明】

【0100】

１，１Ａ 空間光変調器
２ 上部電極選択部
３ 下部電極選択部
４ 電流源
５ 電流制御手段
１０，１０Ａ 下部基板（第１基板）
１１ 下部基体（第１基体）
１２ 下部電極（第１電極）
１３，１３Ａ 絶縁層（第１絶縁層）
２０，２０Ａ 上部基板（第２基板）
２１ 上部基体（第２基体）
２２ 上部電極（第２電極）
２３ 光変調素子
２４，２４Ａ 絶縁層（第２絶縁層）
２３１ 磁化固定層
２３２ 中間層
２３３ 磁化自由層
２３４ 保護層
３０，３０Ａ 接合層
３１，３１Ａ 金属薄膜（第１金属膜）
３２，３２Ａ 金属薄膜（第２金属膜）
３３，３３Ａ 接合部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】