JPH11213934A - 集束イオンビームによる二次イオン像観察方法 - Google Patents
集束イオンビームによる二次イオン像観察方法Info
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- JPH11213934A JPH11213934A JP10011538A JP1153898A JPH11213934A JP H11213934 A JPH11213934 A JP H11213934A JP 10011538 A JP10011538 A JP 10011538A JP 1153898 A JP1153898 A JP 1153898A JP H11213934 A JPH11213934 A JP H11213934A
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- G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 集束イオンビームにて高分解能の二次イオン
像を得る際、画像のＳ／Ｎ比が悪く、焦点の調整が困難
であった。 【解決手段】 高分解能の二次イオン像を観察する際、
数秒の画像更新レートで二次電子像を観察しながら集束
レンズ系の焦点を調整する第一の工程と、集束レンズ系
の焦点は再調整せずに二次荷電粒子検出器で二次イオン
を検出し走査速度数１０〜数１００秒／フレームで二次
イオン像を観察する第二の工程により焦点のあった高分
解能二次イオン像を得る。
像を得る際、画像のＳ／Ｎ比が悪く、焦点の調整が困難
であった。 【解決手段】 高分解能の二次イオン像を観察する際、
数秒の画像更新レートで二次電子像を観察しながら集束
レンズ系の焦点を調整する第一の工程と、集束レンズ系
の焦点は再調整せずに二次荷電粒子検出器で二次イオン
を検出し走査速度数１０〜数１００秒／フレームで二次
イオン像を観察する第二の工程により焦点のあった高分
解能二次イオン像を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、不良解析などのた
めに集束イオンビームを使って半導体デバイスの特定位
置にて断面を形成するための加工をし、そして断面を観
察する方法に関する。
めに集束イオンビームを使って半導体デバイスの特定位
置にて断面を形成するための加工をし、そして断面を観
察する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ（大規模集積回路）等の高集積
化、微細化に伴い、開発工程や製造工程におけるＬＳＩ
の断面加工、断面観察を集束イオンビーム装置で実施す
る技術が示されている。これは、走査型イオン顕微鏡機
能により断面加工部の位置出しを行い、さらにマスクレ
スエッチング機能により断面加工部を一面として、角形
に穴あけし、所望の断面部を露出させた後、試料を傾斜
させて、断面部をイオンビーム照射方向に向けさせ、再
び走査イオン顕微鏡機能により断面加工部を観察するも
のである。
化、微細化に伴い、開発工程や製造工程におけるＬＳＩ
の断面加工、断面観察を集束イオンビーム装置で実施す
る技術が示されている。これは、走査型イオン顕微鏡機
能により断面加工部の位置出しを行い、さらにマスクレ
スエッチング機能により断面加工部を一面として、角形
に穴あけし、所望の断面部を露出させた後、試料を傾斜
させて、断面部をイオンビーム照射方向に向けさせ、再
び走査イオン顕微鏡機能により断面加工部を観察するも
のである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記方法で作製した断
面部を走査イオン顕微鏡機能により観察する際、高分解
能像を得るために、集束イオンビームのイオン電流を５
ｐＡ以下としてビーム径を絞る。しかしビーム電流が小
さくなると二次荷電粒子信号強度も小さくなりＳ／Ｎ比
が悪くなる。特に二次イオン強度は二次電子の１／１０
〜１／１０００程度と小さい。そのため集束イオンビー
ムの焦点調整に必要な数秒の画像更新レートの走査では
Ｓ／Ｎが悪く、作業上必要な画質は得られない。質の悪
い画像を見ながら、対物レンズの印加電圧を微調整して
集束イオンビームの焦点を試料上に合わせ、１０ｎｍ以
下の高分解能画像を得るのは困難であった。また、従来
からＳ／Ｎを改善する方法としてフレーム走査速度を遅
くする方法がとられてきた。この方法は二次イオン信号
の積算時間を長くすることで画質を向上するものであ
る。しかし画像の更新レートが遅く、この画像を見なが
ら集束イオンビームの焦点調整をするには熟練を要し、
誰でも容易に調整できるものではなかった。
面部を走査イオン顕微鏡機能により観察する際、高分解
能像を得るために、集束イオンビームのイオン電流を５
ｐＡ以下としてビーム径を絞る。しかしビーム電流が小
さくなると二次荷電粒子信号強度も小さくなりＳ／Ｎ比
が悪くなる。特に二次イオン強度は二次電子の１／１０
〜１／１０００程度と小さい。そのため集束イオンビー
ムの焦点調整に必要な数秒の画像更新レートの走査では
Ｓ／Ｎが悪く、作業上必要な画質は得られない。質の悪
い画像を見ながら、対物レンズの印加電圧を微調整して
集束イオンビームの焦点を試料上に合わせ、１０ｎｍ以
下の高分解能画像を得るのは困難であった。また、従来
からＳ／Ｎを改善する方法としてフレーム走査速度を遅
くする方法がとられてきた。この方法は二次イオン信号
の積算時間を長くすることで画質を向上するものであ
る。しかし画像の更新レートが遅く、この画像を見なが
ら集束イオンビームの焦点調整をするには熟練を要し、
誰でも容易に調整できるものではなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明では、第一の工程として二次荷電粒子検出器で二
次電子を検出し二次電子像を観察しながら集束レンズ系
の焦点を調整し、第二の工程として前記第一の工程で調
整した集束レンズ系の焦点を再調整することなく二次荷
電粒子検出器で二次イオンを検出し二次イオン像を観察
することにより焦点のあった高分解能の二次イオン像を
得る。
本発明では、第一の工程として二次荷電粒子検出器で二
次電子を検出し二次電子像を観察しながら集束レンズ系
の焦点を調整し、第二の工程として前記第一の工程で調
整した集束レンズ系の焦点を再調整することなく二次荷
電粒子検出器で二次イオンを検出し二次イオン像を観察
することにより焦点のあった高分解能の二次イオン像を
得る。
【０００５】
【実施例】図１に基づき装置構成について説明する。本
発明を実施するための装置構成例は図１に示すように、
液体金属イオン源１と前記液体金属イオン源１から引き
出されたイオンビームを集束するための集束レンズ２と
対物レンズ５と前記イオンビームを試料上でオン／オフ
するためのブランキング電極３とからなる集束イオンビ
ーム発生部が装着されている。また、集束イオンビーム
６軸には、前記集束イオンビームを偏向走査するための
偏向電極４が配置され、更に、前記集束イオンビーム６
が照射される試料９を載置し移動可能な試料ステージ１
０と、前記集束イオンビーム６を照射することにより発
生する二次荷電粒子７ａ、７ｂを検出する二次荷電粒子
検出器８ａ、８ｂと、二次荷電粒子検出器８ａ、８ｂに
て検出された二次荷電粒子７ａ、７ｂ強度に基づいて試
料９表面の画像を標示する表示装置１４等から構成され
る。二次荷電粒子検出器８ａ、８ｂは、二次電子７ａを
検出する二次電子検出器８ａと二次イオン７ｂを検出す
る二次イオン検出器８ｂよりなる。なお、二次荷電粒子
検出器８ａ、８ｂを１つの検出器にて構成し、スイッチ
にて二次電子検出器８ａと、二次イオン検出器８ｂに切
り替える構成としてもよい。
発明を実施するための装置構成例は図１に示すように、
液体金属イオン源１と前記液体金属イオン源１から引き
出されたイオンビームを集束するための集束レンズ２と
対物レンズ５と前記イオンビームを試料上でオン／オフ
するためのブランキング電極３とからなる集束イオンビ
ーム発生部が装着されている。また、集束イオンビーム
６軸には、前記集束イオンビームを偏向走査するための
偏向電極４が配置され、更に、前記集束イオンビーム６
が照射される試料９を載置し移動可能な試料ステージ１
０と、前記集束イオンビーム６を照射することにより発
生する二次荷電粒子７ａ、７ｂを検出する二次荷電粒子
検出器８ａ、８ｂと、二次荷電粒子検出器８ａ、８ｂに
て検出された二次荷電粒子７ａ、７ｂ強度に基づいて試
料９表面の画像を標示する表示装置１４等から構成され
る。二次荷電粒子検出器８ａ、８ｂは、二次電子７ａを
検出する二次電子検出器８ａと二次イオン７ｂを検出す
る二次イオン検出器８ｂよりなる。なお、二次荷電粒子
検出器８ａ、８ｂを１つの検出器にて構成し、スイッチ
にて二次電子検出器８ａと、二次イオン検出器８ｂに切
り替える構成としてもよい。
【０００６】二次荷電粒子検出器８ａ、８ｂからの信号
は、Ａ／Ｄ変換器１１に入力し、Ａ／Ｄ変換される。
Ａ／Ｄ変換された二次荷電粒子７ａ、７ｂ信号は、演算
機１２にて、表示装置１４にて画像表示するための演算
が行われる。液体金属イオン源１、集束レンズ２、ブラ
ンキング電極３、偏向電極４及び対物レンズ５の電力
は、イオン光学系制御電源１３を介して、演算装置１２
からの信号に基づいて供給される。二次電子７ａを検出
する二次電子検出器８ａと二次イオン７ｂを検出する二
次イオン検出器８ｂよりなる。
は、Ａ／Ｄ変換器１１に入力し、Ａ／Ｄ変換される。
Ａ／Ｄ変換された二次荷電粒子７ａ、７ｂ信号は、演算
機１２にて、表示装置１４にて画像表示するための演算
が行われる。液体金属イオン源１、集束レンズ２、ブラ
ンキング電極３、偏向電極４及び対物レンズ５の電力
は、イオン光学系制御電源１３を介して、演算装置１２
からの信号に基づいて供給される。二次電子７ａを検出
する二次電子検出器８ａと二次イオン７ｂを検出する二
次イオン検出器８ｂよりなる。
【０００７】以下、集束イオンビーム装置を用いた断面
加工観察方法を図２を用いて説明する。断面観察する試
料９としてＬＳＩを用いた。図２（ａ）に示すように観
察したい試料９ＬＳＩのコンタクトホール３３を含む走
査イオン顕微鏡像を求める。なお、コンタクトホール３
３の近傍に配線３２が観察されている。走査イオン顕微
鏡像は、集束イオンビーム６を試料９表面に走査させな
がら照射し、試料９表面から発生する二次荷電粒子であ
る二次電子７ａ又は二次イオン７ｂを検出することによ
り得られる。図２（ａ）の画像により断面形成の位置３
４を設定する。
加工観察方法を図２を用いて説明する。断面観察する試
料９としてＬＳＩを用いた。図２（ａ）に示すように観
察したい試料９ＬＳＩのコンタクトホール３３を含む走
査イオン顕微鏡像を求める。なお、コンタクトホール３
３の近傍に配線３２が観察されている。走査イオン顕微
鏡像は、集束イオンビーム６を試料９表面に走査させな
がら照射し、試料９表面から発生する二次荷電粒子であ
る二次電子７ａ又は二次イオン７ｂを検出することによ
り得られる。図２（ａ）の画像により断面形成の位置３
４を設定する。
【０００８】次に図２（ｂ）に示すようにコンタクトホ
ール３３を含む領域３５をＦＩＢ−ＣＶＤ法で膜付けす
る。ＦＩＢ−ＣＶＤ法はガス銃（図示せず）により試料
表面に原料ガスを吸着させ、２０〜３０ＫｅＶのエネル
ギーで加速したイオンビーム６を領域３５の範囲にて走
査させて照射する。このことにより、照射領域３５のみ
に選択的に膜を形成する方法である。本実施例では原料
ガスにＷ（ＣＯ）6を用い、タングステン膜を形成して
いる。勿論、ガスを変えて他の金属膜形成によっても本
発明は実施可能である。この膜付けを長時間施すと、試
料の膜付け領域表面が平坦化されるため、配線パターン
が走査イオン顕微鏡像上では見にくくなるので、平坦化
される前に膜付けを終了したほうが断面形成は容易にな
る。
ール３３を含む領域３５をＦＩＢ−ＣＶＤ法で膜付けす
る。ＦＩＢ−ＣＶＤ法はガス銃（図示せず）により試料
表面に原料ガスを吸着させ、２０〜３０ＫｅＶのエネル
ギーで加速したイオンビーム６を領域３５の範囲にて走
査させて照射する。このことにより、照射領域３５のみ
に選択的に膜を形成する方法である。本実施例では原料
ガスにＷ（ＣＯ）6を用い、タングステン膜を形成して
いる。勿論、ガスを変えて他の金属膜形成によっても本
発明は実施可能である。この膜付けを長時間施すと、試
料の膜付け領域表面が平坦化されるため、配線パターン
が走査イオン顕微鏡像上では見にくくなるので、平坦化
される前に膜付けを終了したほうが断面形成は容易にな
る。
【０００９】この膜付け後、図３（ｃ）に示すようにエ
ッチング領域３６に集束イオンビーム６を照射してエッ
チング加工を行う。エッチング領域３６は、ほぼ矩形形
状であり、その一辺は断面形成の位置３４になるように
設定される。粗い穴あけは高電流ビーム（例えば２〜１
０ｎＡ）でなされ、また、仕上げ加工は中電流ビーム
（例えば３０ｐＡ〜２ｎＡ）で観察したい断面位置３４
に照射することにより行われ、図４に示すように、側壁
断面３７が形成される。
ッチング領域３６に集束イオンビーム６を照射してエッ
チング加工を行う。エッチング領域３６は、ほぼ矩形形
状であり、その一辺は断面形成の位置３４になるように
設定される。粗い穴あけは高電流ビーム（例えば２〜１
０ｎＡ）でなされ、また、仕上げ加工は中電流ビーム
（例えば３０ｐＡ〜２ｎＡ）で観察したい断面位置３４
に照射することにより行われ、図４に示すように、側壁
断面３７が形成される。
【００１０】次に、イオンビーム照射方向に試料９の加
工断面３７が露呈するように試料ステージ１０を傾斜さ
せる。この断面３７を比較的低電流ビーム（例えば１ｐ
Ａ以下）で走査イオン顕微鏡により観察する。尚、断面
観察したい異物などの異状部分が小さい場合などは、膜
付けしないで断面形成を実施することもある。このよう
な場合にも上述の操作を行うことで、より正確な断面形
状が得られる。
工断面３７が露呈するように試料ステージ１０を傾斜さ
せる。この断面３７を比較的低電流ビーム（例えば１ｐ
Ａ以下）で走査イオン顕微鏡により観察する。尚、断面
観察したい異物などの異状部分が小さい場合などは、膜
付けしないで断面形成を実施することもある。このよう
な場合にも上述の操作を行うことで、より正確な断面形
状が得られる。
【００１１】上記方法で作成した断面３７を走査イオン
顕微鏡機能により観察する際、高分解能像を得るため
に、集束イオンビーム６の電流を５ｐＡ以下としてビー
ム径を絞る。まず、第一の工程として数秒の画像更新レ
ートで二次電子像を観察しながら集束レンズ系の焦点を
調整する。画像はフレーム積算像、ドット積算像のどち
らを使用しても良い。
顕微鏡機能により観察する際、高分解能像を得るため
に、集束イオンビーム６の電流を５ｐＡ以下としてビー
ム径を絞る。まず、第一の工程として数秒の画像更新レ
ートで二次電子像を観察しながら集束レンズ系の焦点を
調整する。画像はフレーム積算像、ドット積算像のどち
らを使用しても良い。
【００１２】また、画像更新レートは十分な画質が得ら
れる場合は一秒以下でも良い。二次電子７ａの検出は二
次電子検出器８ａを用いる。その結果、図４に示す二次
電子像が得られる。この画像を見ながら対物レンズ５の
印加電圧を微調整して、焦点を試料９に合わせ、高分解
能の二次電子像を得る。二次電子の発生量は二次イオン
に比べれば多いため、画像更新レートが数秒であっても
比較的Ｓ／Ｎ比の良い画像が得られ、簡単に焦点の調整
が可能である。
れる場合は一秒以下でも良い。二次電子７ａの検出は二
次電子検出器８ａを用いる。その結果、図４に示す二次
電子像が得られる。この画像を見ながら対物レンズ５の
印加電圧を微調整して、焦点を試料９に合わせ、高分解
能の二次電子像を得る。二次電子の発生量は二次イオン
に比べれば多いため、画像更新レートが数秒であっても
比較的Ｓ／Ｎ比の良い画像が得られ、簡単に焦点の調整
が可能である。
【００１３】次に第二の工程として二次イオン７ａを検
出する二次イオン検出器８ｂを用いる。この時対物レン
ズ５の焦点はすでに第一の工程で調整されているため、
再調整する必要はない。しかし、二次電子７ａと二次イ
オン７ｂとを切り替えて検出するため、荷電粒子検出器
８ａ、８ｂの引き込み印加電圧の極性が変わるため、二
次イオン画像と二次電子画像とは視野がずれてしまう。
本実施例では偏向電極４に直流電圧を加え合わせ、集束
イオンビーム６の位置を偏向しその大きさを調整するこ
とにより視野を調整し、画像を得る。その後、走査速度
を数１０〜数１００秒／フレームとして二次イオン像を
取り込むことで、像分解能１０ｎｍ以下のＳ／Ｎの良い
二次イオン像を得ることができる。
出する二次イオン検出器８ｂを用いる。この時対物レン
ズ５の焦点はすでに第一の工程で調整されているため、
再調整する必要はない。しかし、二次電子７ａと二次イ
オン７ｂとを切り替えて検出するため、荷電粒子検出器
８ａ、８ｂの引き込み印加電圧の極性が変わるため、二
次イオン画像と二次電子画像とは視野がずれてしまう。
本実施例では偏向電極４に直流電圧を加え合わせ、集束
イオンビーム６の位置を偏向しその大きさを調整するこ
とにより視野を調整し、画像を得る。その後、走査速度
を数１０〜数１００秒／フレームとして二次イオン像を
取り込むことで、像分解能１０ｎｍ以下のＳ／Ｎの良い
二次イオン像を得ることができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば信号強度の小さい二次イ
オン像を観察する際、比較的信号量の大きい二次電子像
を観察しながら集束レンズ系の調整を行った後、二次イ
オン像を観察することで、焦点のあった二次イオン像を
容易に得ることができる。
オン像を観察する際、比較的信号量の大きい二次電子像
を観察しながら集束レンズ系の調整を行った後、二次イ
オン像を観察することで、焦点のあった二次イオン像を
容易に得ることができる。
【００１５】
【図１】図１は、本発明を実施するための装置のブロッ
ク図である。
ク図である。
【００１６】
【図２】図２は、ミクロ断面加工法を説明する試料表面
の平面図である。
の平面図である。
【００１７】
【図３】図３は試料加工断面の斜視図である。
【００１８】
【図４】図４は、二次電子画像図である。
【００１９】
１ 液体金属イオン源 ２ 集束レンズ ３ ブランキング電極 ４ 偏向電極 ５ 対物レンズ ６ 集束イオンビーム ７ 二次荷電粒子 ８ 二次荷電粒子検出器 ９ 試料 １０ 試料ステージ １１ Ａ／Ｄ変換器 １２ 演算装置 １３ イオン光学系制御電源 １４ 表示装置 ３２ 配線 ３３ コンタクトホール ３４ 断面位置 ３５ コンタクトを含むＦＩＢ−ＣＶＤ法で膜付け領
域 ３６ エッチング領域 ３７ 断面
域 ３６ エッチング領域 ３７ 断面
Claims (3)
- 【請求項１】 液体金属イオン源と前記イオン源から引
き出されたイオンビームを集束するための集束レンズ系
と前記イオンビームを試料上でオン／オフするためのブ
ランキング電極とからなる集束イオンビーム発生部と、 前記集束イオンビームを偏向走査するための偏向電極
と、 前記集束イオンビームが照射される試料を載置し移動可
能な試料ステージと、 前記集束イオンビームを照射することにより発生する二
次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出器とからなる集
束イオンビーム装置を用いて、 二次荷電粒子検出器で二次電子を検出し二次電子像を観
察しながら集束レンズ系の焦点を調整する第一の工程
と、 前記第一の工程で調整した集束レンズ系の焦点を再調整
することなく二次荷電粒子検出器で二次イオンを検出し
二次イオン像を観察する第二の工程から成ることを特徴
とする集束イオンビームによる二次イオン像観察方法。 - 【請求項２】 前記二次荷電粒子検出器は二次イオン検
出専用の検出器と二次電子検出専用の検出器の複数構成
とする請求項１に記載の集束イオンビームによる二次イ
オン像観察方法。 - 【請求項３】 前記二次荷電粒子検出器は引き込み電圧
の極性を正極性として二次電子を検出し、負極性として
二次イオンを検出する二次荷電粒子検出器であり、かつ
前記引き込み電圧の極性を切り換えることによる集束イ
オンビーム照射位置の変動を補正する補正手段を備え、
二次荷電粒子検出器で二次電子を検出し二次電子像を観
察しながら集束レンズ系の焦点を調整する第一の工程
と、前記第一の工程で調整した集束レンズ系の焦点を再
調整することなく二次荷電粒子検出器で二次イオンを検
出し前記集束イオンビーム照射位置の変動を補正する補
正手段により二次電子像の視野と二次イオン像の視野が
同位置となるよう調整して二次イオン像を観察する第二
の工程から成る請求項１記載の集束イオンビームによる
二次イオン像観察方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10011538A JP2926132B1 (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | 集束イオンビームによる二次イオン像観察方法 |
| TW088100531A TW557469B (en) | 1998-01-23 | 1999-01-14 | Method of observing secondary ion image by focused ion beam |
| KR1019990001638A KR19990068026A (ko) | 1998-01-23 | 1999-01-20 | 집속 이온 빔에 의한 이차 이온 이미지 관찰방법 |
| US09/235,667 US6177670B1 (en) | 1998-01-23 | 1999-01-22 | Method of observing secondary ion image by focused ion beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10011538A JP2926132B1 (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | 集束イオンビームによる二次イオン像観察方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2926132B1 JP2926132B1 (ja) | 1999-07-28 |
| JPH11213934A true JPH11213934A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11780750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10011538A Expired - Fee Related JP2926132B1 (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | 集束イオンビームによる二次イオン像観察方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6177670B1 (ja) |
| JP (1) | JP2926132B1 (ja) |
| KR (1) | KR19990068026A (ja) |
| TW (1) | TW557469B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002367554A (ja) * | 2001-06-08 | 2002-12-20 | Seiko Instruments Inc | 適正輝度調整機能を備えた走査型顕微鏡 |
| JP2015095397A (ja) * | 2013-11-13 | 2015-05-18 | 日本電子株式会社 | 集束イオンビーム装置及びイオンビームの焦点調整方法 |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000048756A (ja) * | 1998-07-27 | 2000-02-18 | Seiko Instruments Inc | 荷電粒子ビーム光学系の調整を行う方法およびその装置 |
| WO2001054163A1 (en) * | 2000-01-21 | 2001-07-26 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Shaped and low density focused ion beams |
| US6786978B2 (en) * | 2000-08-03 | 2004-09-07 | Texas Instruments Incorporated | Mass production of cross-section TEM samples by focused ion beam deposition and anisotropic etching |
| US6977386B2 (en) * | 2001-01-19 | 2005-12-20 | Fei Company | Angular aperture shaped beam system and method |
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