JP5341801B2 - Method and apparatus for visual inspection of semiconductor wafer - Google Patents
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Description
本発明は半導体ウェーハの外観検査において予め定められた位置における比較検査に関するものであり、特に比較検査に用いる基準画像を特定の場所から取得するのが困難な場合に有効な基準画像の生成方法に関する。 The present invention relates to a comparative inspection at a predetermined position in an appearance inspection of a semiconductor wafer, and particularly to a method for generating a reference image that is effective when it is difficult to acquire a reference image used for the comparative inspection from a specific location. .
半導体の外観検査において極微細な欠陥を検出するために電子線顕微鏡で撮像された高解像度画像を用いることがあるが、電子線顕微鏡を用いた検査では極微細欠陥検出と、高速検査は両立しないので、予めチップ内の検査点を決め、ウェーハ内の全ての、あるいは選択されたチップの同一検査点の検査を行う定点観察(定点検査)を行う。この定点検査を基準画像との画像比較により実行すれば高感度な検査が実現する。電子線顕微鏡を用いた定点検査を半導体のプロセス開発の初期に用いることにより、発生している欠陥の外観情報と、ウェーハ面内における欠陥発生分布情報を得ることができ、これによりプロセスの条件出しを効率的に行うことができる。 High-resolution images captured with an electron microscope may be used to detect extremely fine defects in semiconductor appearance inspection. However, inspection using an electron microscope does not achieve both ultra-fine defect detection and high-speed inspection. Therefore, fixed point observation (fixed point inspection) is performed in which inspection points in the chip are determined in advance, and the same inspection point of all or selected chips in the wafer is inspected. If this fixed point inspection is executed by image comparison with a reference image, high sensitivity inspection can be realized. By using fixed point inspection using an electron microscope in the early stages of semiconductor process development, it is possible to obtain appearance information of defects that have occurred and information on the distribution of defect occurrences within the wafer surface. Can be performed efficiently.
これに関連する文献として、特許文献1には電子線顕微鏡を用いた定点観察方法として基準画像を用いた比較検査方法が開示されている。また、非特許文献1には電子線顕微鏡を用いた定点観察方法として検査画像を用いた欠陥の定量化の事例が開示されている。
As a related document,
半導体の微細化、プロセスの複雑化に伴いプロセスのマージンは減り、プロセスの条件出しが難しくなっている。このため半導体の開発初期においてはウェーハ全面において良品チップが存在しない場合もあり、比較検査のための基準画像を撮像することができないという課題があった。 With semiconductor miniaturization and process complexity, process margins have decreased and it has become difficult to determine process conditions. For this reason, in the early stage of semiconductor development, there are cases where non-defective chips exist on the entire surface of the wafer, and there is a problem that a reference image for comparison inspection cannot be taken.
特許文献1には電子線顕微鏡を用いた定点観察方法として予め記憶された基準画像を用いた比較検査方法が開示されているものの、上記課題にふれていないため、基準画像の取得方法については開示されていない。このため、特許文献1に記載の方法では、ウェーハ全面において良品チップが存在しない場合、基準画像を取得できず比較検査が実施できないという問題があった。
Although
また、非特許文献1には電子線顕微鏡を用いた定点観察方法として撮像した欠陥画像を画像処理により定量化する方法が開示されている。しかしながら、基準画像を用いた比較検査については開示されていない。このため、非特許文献1に記載の方法では、微細欠陥を抽出可能な高感度検査が実施できないという問題があった。
Non-Patent
上記問題に鑑み、本発明は、比較検査における基準画像の生成方法及び生成した基準画像の評価方法を提供することにより、良品が存在しない検査対象における比較検査の適用を可能とし、高感度検査を実現する外観検査方法及び外観検査装置を提供しようとするものである。 In view of the above problems, the present invention provides a method for generating a reference image in a comparative inspection and a method for evaluating the generated reference image, thereby enabling the application of a comparative inspection in an inspection target in which no non-defective product exists, and performing a high-sensitivity inspection. It is an object of the present invention to provide an appearance inspection method and an appearance inspection apparatus that are realized.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次の通りである。
(1)複数のチップが形成された半導体ウェーハの外観を検査する外観検査方法であって、前記複数のチップ各々に対して互いに同一となるように形成された対応するパターンの観察位置を撮像するステップと、前記撮像された撮像画像を用いて平均化画像を生成するステップと、前記平均化画像を前記撮像画像に対応する回路デザインを表す情報と比較し、所定の条件を満たすものを基準画像を選定するステップと、前記基準画像と前記撮像画像とを比較して検査するステップと、を有することを特徴とする外観検査方法である。
(2)半導体ウェーハ検査方法においてはウェーハ上に作製された複数のチップの同一のチップ座標位置を撮像するステップと、該撮像された画像と基準画像を比較するステップと、該撮像された画像に対応する回路デザインの情報を用いて該撮像された画像から生成された該基準画像を評価するステップとを有する検査方法である。
(3)半導体ウェーハ上に作成された複数のチップの異なる位置を撮像するステップと、該撮像された画像と基準画像を比較するステップと、該撮像された画像に対応する回路デザインの情報を用いて該撮像された画像から生成された該基準画像を該異なる位置ごとに評価するステップを有する検査方法である。
(4)半導体ウェーハ上に作成された複数のチップの異なる位置を撮像するステップと、該撮像された画像と基準画像を比較するステップと、該撮像された画像に対応する回路デザインの情報を用いて該撮像された画像から生成された該基準画像を該同じ回路パターンを有する位置ごとに評価するステップを有する検査方法である。
(5)半導体ウェーハ上に形成された複数のチップ各々に対して互いに同一となるように形成された対応するパターンの観察位置を撮像する手段と、前記撮像された撮像画像と基準画像を比較する手段と、前記撮像画像に対応する回路デザインを表す情報が入力される入力手段と、前記回路デザインを表す情報を前記撮像画像と比較するようにデータを変換するデータ変換手段とを有する外観検査装置であって、前記撮像された撮像画像を用いて平均化画像を生成する手段と、前記平均化画像と前記撮像画像に対応する回路デザインを表す情報とを比較し、所定の条件を満たすものを前記基準画像として選定する手段と、を有することを特徴とする外観検査装置である。
An outline of typical inventions among inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
(1) An appearance inspection method for inspecting the appearance of a semiconductor wafer on which a plurality of chips are formed, and images the observation positions of corresponding patterns formed to be the same for each of the plurality of chips. A step of generating an averaged image using the captured captured image, comparing the averaged image with information representing a circuit design corresponding to the captured image, and satisfying a predetermined condition as a reference image And a step of comparing and inspecting the reference image and the picked-up image.
(2) In the semiconductor wafer inspection method, the step of imaging the same chip coordinate position of a plurality of chips fabricated on the wafer, the step of comparing the captured image with a reference image, and the captured image And evaluating the reference image generated from the captured image using the corresponding circuit design information.
(3) Using the step of imaging different positions of a plurality of chips formed on the semiconductor wafer, the step of comparing the captured image with a reference image, and circuit design information corresponding to the captured image An inspection method including a step of evaluating the reference image generated from the captured image at each different position.
(4) Using the step of imaging different positions of a plurality of chips formed on a semiconductor wafer, the step of comparing the captured image with a reference image, and circuit design information corresponding to the captured image And a step of evaluating the reference image generated from the captured image for each position having the same circuit pattern.
(5) The means for imaging the observation position of the corresponding pattern formed to be the same for each of the plurality of chips formed on the semiconductor wafer, and the captured image and the reference image are compared. Visual inspection apparatus comprising: means; input means for inputting information representing a circuit design corresponding to the captured image; and data conversion means for converting data so as to compare the information representing the circuit design with the captured image The means for generating an averaged image using the picked-up captured image is compared with information representing a circuit design corresponding to the averaged image and the captured image, and satisfying a predetermined condition And a means for selecting as the reference image.
本発明によれば半導体開発初期の良品チップの取れない状態においても、比較検査を実行するための基準画像を生成することが可能となる。これにより高感度な比較検査を実施することで欠陥の発生状況の把握が可能となり、プロセスの条件出しの迅速化を図ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to generate a reference image for executing a comparative inspection even in a state where a non-defective chip at the initial stage of semiconductor development cannot be obtained. As a result, it is possible to grasp the occurrence state of defects by performing a highly sensitive comparative inspection, and it is possible to speed up the process condition determination.
図1に第1の実施例で用いる検査装置の全体構成を示す。SEM装置本体10は、以下の電子光学系及び検出系を備える。101は電子源であり、電子ビーム100を射出する。射出された電子ビーム100は電子レンズ102、103を通過した後、電子ビーム軸調整器104により非点収差やアライメントずれを補正される。105と106は2段の偏向器であり電子ビーム100を偏向し、電子ビーム100を照射する位置を制御する。偏向された電子ビーム100は対物レンズ107により収束されてウェーハ108の撮像対象領域109に対して照射される。撮像対象領域109からは、照射された電子ビーム100による2次電子と反射電子が放出され、2次電子および反射電子は一次電子ビーム通過穴110’を有する反射板110に衝突し,そこで発生した2次電子が電子検出器111により検出される。
FIG. 1 shows the overall configuration of the inspection apparatus used in the first embodiment. The SEM device body 10 includes the following electron optical system and detection system.
検出器111で検出された2次電子および反射電子は、127で示す画像信号処理系のA/Dコンバータ112にてデジタル信号に変換され、メモリ114に格納される。なお,A/Dコンバータとメモリとの間には加算回路113が配置されていてもよい。加算回路113は,電子ビーム100を撮像対象領域109上でラスタ走査する場合に,同一のビーム照射位置で得られた検出信号の加算平均(フレーム加算)を算出することで,ショットノイズを小さくすることを可能になり、S/Nの高い画像を得ることができる。115は画像処理ユニットであり、メモリ114に格納された画像を用いて異常部の抽出,抽出異常部の寸法測定、異常部位の外観特徴算出などが行われる。後述する回路デザインを表すデータを用いた基準画像の生成を実行可能とするために,回路デザインを表すデータか,あるいはこれを変換したデータが画像処理ユニット115に入力できるようにしておく。 画像処理ユニット115はSEM撮像時の撮像位置ずれ補正をSEM画像と回路デザインを表すデータ、あるいはこれを変換したデータとのマッチングより求める機能を有する。この方法として、具体的には、正規化相関値の最大値をとる位置を,設計データと回路デザインを表すデータがマッチングをとれた位置として算出する方法を用いることができるが、他の方法を用いても構わない。
Secondary electrons and reflected electrons detected by the
116はXYステージであり、これに載置したウェーハ108を移動させ、ウェーハ108の任意の位置の画像撮像を可能にしている。
117は二次記憶装置であり、メモリ114に格納された画像を記憶することが可能である。また,画像処理により得られた検査対象領域109の異常部や,異常部の外観特徴もメモリ114に格納することができる。118はコンピュータ端末であり、二次記憶装置117、あるいはメモリ114に格納された画像を表示することができる。また、ユーザは端末118に入力することにより、図1に示すSEM装置本体10、画像処理系127、後述する全体制御系119等の様々な動作の制御、及び設定を行うことができる。
Reference numeral 116 denotes an XY stage, which moves the
119は全体制御系であり、120は電子ビーム100の電子源101の電流量制御ユニット,121は偏向器105と106を制御する偏向制御ユニット,122は電子レンズ102と103と104と107を制御する電子レンズ制御ユニット,123はXYステージ116の移動による視野移動を制御するステージ制御ユニット,124は検査シーケンス全体を制御するシーケンス制御ユニットである。126はデータ入力部であり,検査対象領域109の座標,およびSEM画像と比較すべき回路デザインを表すデータが入力される。125はデータ変換部であり, 回路デザインを表すデータをSEM画像との比較が実行容易なようにデータ変換を行う。なお、データ入力部126として端末118を用いる構成としても構わない。
119 is an overall control system, 120 is a current amount control unit for the
図2に検査対象となるウェーハを上面からみた図を示す。ウェーハ上には互いに同一の回路パターンとなるように作成された多数のチップが格子状に並んでいる。各チップは図2に示すように行及び列番号にて指定することができる。図3に示すチップ30は図2に示した多数のチップの中の一つを拡大したものである。観察位置31はたとえばチップの左下に原点を持つチップ座標で指定される。観察位置31のウェーハ上での位置であるウェーハ座標はチップの行及び列番号と、チップ座標から定まる。チップ30内の観察位置は1点に限るものではなく、チップ内で互いに同一パターンとなるように形成された複数の点を用いてもよい。また、チップ内で互いに異なるパターンとなるように形成された点をそれぞれ指定し、各チップごとに対応する指定した点を観測するようにしても構わない。図4は図3の観察位置31での撮像画像を表したものであり、たて方向のライン・アンド・スペースを表している。なお、図4は撮像画像の一例であり、撮像されるパターンはこれに限られるものではない。以降、同一ウェーハ上の異なるチップの同一チップ座標の画像を撮像し検査を行うこと、あるいは、予め定められた複数のチップの同一チップ座標の画像を複数のウェーハに渡って撮像し検査を行うことを定点観察あるいは定点検査と呼ぶことにする。 FIG. 2 shows a top view of a wafer to be inspected. On the wafer, a large number of chips formed so as to have the same circuit pattern are arranged in a lattice pattern. Each chip can be designated by a row and column number as shown in FIG. A chip 30 shown in FIG. 3 is an enlargement of one of the many chips shown in FIG. The observation position 31 is specified by chip coordinates having an origin at the lower left of the chip, for example. Wafer coordinates, which are the positions of the observation position 31 on the wafer, are determined from the chip row and column numbers and the chip coordinates. The observation position in the chip 30 is not limited to one point, and a plurality of points formed to have the same pattern in the chip may be used. Also, points formed so as to have different patterns in the chip may be designated, and the designated points corresponding to each chip may be observed. FIG. 4 shows a captured image at the observation position 31 in FIG. 3, and represents a vertical line and space. FIG. 4 is an example of a captured image, and the pattern to be captured is not limited to this. Thereafter, the image of the same chip coordinate of different chips on the same wafer is taken and inspected, or the image of the same chip coordinate of a plurality of predetermined chips is taken across the plurality of wafers and inspected. Is called fixed point observation or fixed point inspection.
図5は画像処理にて検査を行うとき必要となる欠陥領域抽出処理の概略を示す図である。定点観察によって得られた定点観察画像50は図4で示した定点観察位置での撮像画像である。ただし、図5の定点観察位置には欠陥54が発生しており、定点観察画像50は欠陥54が撮像されている様子を示している。定点観察画像50における欠陥領域の抽出は、例えば、欠陥を含まない基準画像51との差分処理により行う。差分処理を施した画像を適切なしきい値で2値化することにより欠陥領域画像52を生成し、欠陥領域53を得る。欠陥領域53に相当する定点観察画像50上の領域の画像特徴を用いて欠陥を定量化する。
FIG. 5 is a diagram showing an outline of defect area extraction processing required when performing inspection by image processing. A fixed-point observation image 50 obtained by fixed-point observation is a captured image at the fixed-point observation position shown in FIG. However, a defect 54 has occurred at the fixed point observation position in FIG. 5, and the fixed point observation image 50 shows a state in which the defect 54 is captured. Extraction of the defect area in the fixed point observation image 50 is performed by, for example, a difference process with respect to the reference image 51 not including the defect. A defect area image 52 is generated by binarizing the image subjected to the difference processing with an appropriate threshold value, and a
次に、定点観察のフローを図1と図6を用いて説明する。まず、ウェーハ108をSEM装置本体10のステージ116上にロードし、ウェーハ上にあるアライメントマークを用いて、ウェーハ座標とステージ116の座標系を関連付ける(S600)。次に、ユーザ端末118からの入力を受け、定点観察位置のチップ座標と、定点観察を行うチップの指定を行う(S601)。以降も必要な入力はユーザ端末118を介して行うこととする。なお、ステップS600とステップS601の順番は逆でも構わない。次に基準画像の指定を行う(S602)。基準画像の指定は、指定されたチップの中から基準となるチップをさらに指定し、基準としたチップの定点観察位置が撮像対象領域109になるようステージ116の位置出しを行い、基準画像51の撮像を行うことで実行される。基準画像はメモリ114あるいは二次記憶装置117に記憶され、図5で示した欠陥領域抽出のための差分処理実行時に再利用される。一つのチップ内に複数の定点観察位置が有る場合は、各点に対し基準画像を設定しても良いし、撮像される回路パターンの形状ごとにグループ分けして基準画像を設定しても良く、適宜設定可能である。以降、S601で指定された各チップに対し、S603からS607を実施し、最後の指定されたチップまでこれを繰り返す。まず、指定されたチップの定点観察位置が撮像対象領域109になるようステージ116の位置出しを行う(S603)。続いて定点観察画像50を撮像し、メモリ114に記憶する(S604)。欠陥領域の抽出処理(S605)では、メモリ114に記憶された定点観察画像50と、メモリ114あるいは二次記憶装置117に記憶された基準画像51を用いて、両画像の差分処理を画像処理ユニット115で実行する。差分処理の結果得られる欠陥領域画像52はメモリ114に記憶される。次に、欠陥領域画像52から得られる欠陥領域53を用いて、欠陥領域53に相当する定点観察画像50上の領域の画像特徴を画像処理ユニット115で計算し、欠陥の定量化を行う(S606)。続いて、次の定点観察を行うチップがある場合はS603に戻る(S607)。次の定点観察を行うチップが無い場合は、ウェーハをSEM装置10のステージ116からアンロードする(S608)。なお、ステップS608はスキップし、ウェーハを装置内に保持したままで以降の処理を行っても構わない。最後に、各定点観察位置で計算された欠陥定量値をユーザ端末118に出力して終了する(S609)。ここで、出力の方法は、チップ内の定点観察位置ごとに、あるいはチップ内の同じ回路パターン形状を有する定点観察位置のグループごとに、図2で示したウェーハとチップの図に対し、定点観察を行ったチップの欠陥定量値を値に応じて疑似カラーなどを施して表示するウェーハマップと呼ばれる図を示したり、欠陥定量値に対するヒストグラムを表示したりなどが考えられる。図6のフローは同一ウェーハ上の異なるチップの予め定められたチップ座標の画像を撮像し検査を行うことを前提としているが、このほか、予め定められたチップの、予め定められたチップ座標の画像を、複数のウェーハに渡って撮像し検査を行うようにしてもよい。この場合には、チップ内の定点観察位置ごとに、あるいはチップ内の同じ回路パターン形状を有する定点観察位置のグループごとに、同一チップの複数ウェーハに渡る欠陥定量値の遷移図を示したり、またはウェーハの任意の領域に含まれるチップの複数ウェーハに渡る欠陥定量値の遷移図を示したり、または複数ウェーハに渡る前述のウェーハマップを同時に表示したりすることが考えられる。表示内容は後から再生可能なように、メモリ114あるいは二次記憶装置117に記憶してもよい。
Next, the fixed point observation flow will be described with reference to FIGS. First, the
ところで、半導体の開発初期などにおけるプロセスの条件出しの状態では、欠陥のない良品チップを取ることが困難なケースがある。図7はN箇所のチップにおける定点観察位置で画像を撮像した様子を模式的に表した図である。どの場所においても良品が存在せず、また欠陥も一意に発生せず、場所によって発生位置や、黒い欠陥70、白い欠陥71など発生する欠陥の見え方も変わる様子を表している。良品チップが存在しないため、一つのパターンについて一箇所から基準画像を得ることはできない。
By the way, there are cases in which it is difficult to obtain a good chip with no defects in a process condition setting state in the early stage of semiconductor development or the like. FIG. 7 is a diagram schematically showing a state in which images are taken at fixed point observation positions in N chips. The non-defective product does not exist in any place, the defect does not occur uniquely, and the appearance position and the appearance of the generated defect such as the black defect 70 and the
このように1回の撮像で基準画像を得られない場合、複数の場所で撮像した画像を用いて基準画像を生成する。
図8に一つの回路パターン形状について複数の定点観察位置で画像を撮像し基準画像を作成する手順を示す。
まず、回路デザイン画像を入力する(S800)。図9に一例として図7に示した定点観察画像に対応する回路デザイン画像を示す。回路デザイン画像は配線や下地などのレイヤが識別できる画像であり、回路デザイン画像上の画像座標とレイヤの対応を知ることができる。回路デザイン画像は回路デザインの設計データから生成しても良いし、定点観察画像を元にしたマニュアル入力による回路デザインを表す線画から生成しても良いし、1枚以上の定点観察画像を画像加算し、適当なしきい値により2値化した後に回路パターンのエッジを抽出するなどの画像処理により回路デザインを表す線画を生成しても良い。定点観察画像を元にマニュアル入力で回路デザインを表す線画を入力する方法としては、定点観察画像を図1のコンピュータ端末118のディスプレイに表示し、画像上の回路パターンのエッジ位置を画面上に表示されるポインタで指示することで線画を作成する方法がある。ポインタでの指示は、回路パターンのエッジ位置をポインタでなぞるだけではなく、回路パターンのエッジが直線であれば画像上の両端点を指示して入力するなどの効率的な方法も考えられる。
As described above, when the reference image cannot be obtained by one imaging, the reference image is generated using images captured at a plurality of locations.
FIG. 8 shows a procedure for creating a reference image by capturing images at a plurality of fixed point observation positions for one circuit pattern shape.
First, a circuit design image is input (S800). FIG. 9 shows a circuit design image corresponding to the fixed point observation image shown in FIG. 7 as an example. The circuit design image is an image for identifying a layer such as a wiring or a ground, and the correspondence between the image coordinates on the circuit design image and the layer can be known. The circuit design image may be generated from the design data of the circuit design, may be generated from a line drawing representing the circuit design by manual input based on the fixed point observation image, or one or more fixed point observation images are added to the image Then, a line drawing representing a circuit design may be generated by image processing such as extracting a circuit pattern edge after binarization with an appropriate threshold value. As a method for inputting a line drawing representing a circuit design by manual input based on a fixed point observation image, the fixed point observation image is displayed on the display of the computer terminal 118 in FIG. 1, and the edge position of the circuit pattern on the image is displayed on the screen. There is a method of creating a line drawing by pointing with a pointer. In addition to tracing the edge position of the circuit pattern with the pointer, an efficient method is also conceivable in which the pointer is pointed and input if the edge of the circuit pattern is a straight line.
次に、最初のチップ(N=1)の定点観察位置が図1の撮像対象領域109になるように、図1のステージ116の位置出しを行い、定点観察画像を撮像する(S801、S802)。ここで、最初のチップの場合、通常平均化画像がないので、後述するステップS804に進む。2番目以降のチップ(N≧2)で既生成の平均化画像があれば、定点観察画像との位置合わせを行った上で、平均化画像を更新する(S803)。ここで平均化画像とは、単純な場合には画素ごとに画素値を加算し平均したものである。この他に、撮像した複数の画像の各同一画素について、その画素値の中央値を求める方法、撮像した複数の画像の各同一画素について、画素値の標準偏差を求め例外値を除いて平均値を求める方法なども適宜用いて作成可能である。なお、同種又は同工程を経たウェーハにて利用可能な平均化画像が既に生成されている場合には、当該平均化画像を用いて最初のチップからステップS803に進んでもよい。
Next, the stage 116 of FIG. 1 is positioned so that the fixed point observation position of the first chip (N = 1) becomes the
続いて、ステップS804にて回路デザイン画像に示される各レイヤで示される領域別に平均化画像の画素値の標準偏差値(ばらつき)を計算し、ステップS805にて各レイヤ単位で定められたしきい値と計算された標準偏差値を比較し、全てのレイヤにおいて標準偏差値がしきい値以内であれば終了し(S807)、そうでなければ次のチップの画像をさらに撮像し、ステップS802からステップS805を繰り返す。 Subsequently, in step S804, the standard deviation value (variation) of the pixel value of the averaged image is calculated for each region indicated by each layer indicated in the circuit design image, and the threshold determined for each layer in step S805. The value is compared with the calculated standard deviation value. If the standard deviation value is within the threshold value in all the layers, the process is terminated (S807). Otherwise, the next chip image is further captured, and from step S802. Step S805 is repeated.
上記の通り、図8では基準画像を生成するための定点観察画像は逐次撮像するフローを示したが、定点観察画像をまず全て又は複数撮像してから、基準画像生成のための画像を選択しても良い。その処理手順を図1と図10を用いて説明する。
まず、定点観察位置のチップ座標と、定点観察を行うチップの指定を行う(S1001)。これらの指定はユーザ端末118より行う。次に、ウェーハ108をSEM装置本体10のステージ116上にロードし、ウェーハ上にあるアライメントマークを用いて、ウェーハ座標とステージ116の座標系を関連付ける(S1002)。ステップS1000とステップS1001の順番は逆でも構わない。以降、S1001で指定されたチップに対し、S1003からS1005を繰り返す。
As described above, FIG. 8 shows a flow of sequentially capturing fixed point observation images for generating a reference image. However, first, all or a plurality of fixed point observation images are captured, and then an image for generating a reference image is selected. May be. The processing procedure will be described with reference to FIGS.
First, the chip coordinates of the fixed point observation position and the chip for performing the fixed point observation are specified (S1001). These designations are made from the user terminal 118. Next, the
まず、指定されたチップの定点観察位置が撮像対象領域109になるようステージ116の位置出しを行う(S1003)。続いて定点観察画像50を撮像し、メモリ114に記憶する(S1004)。定点観察を行うチップがまだある場合はS1003に戻る(S1005)。次の定点観察を行うチップが無い場合は、ウェーハをSEM装置10のステージ116からアンロードする(S1006)。ステップS1006はスキップし、ウェーハを装置内に保持したままで以降の処理を行っても構わない。 First, the stage 116 is positioned so that the fixed point observation position of the designated chip becomes the imaging target area 109 (S1003). Subsequently, the fixed point observation image 50 is captured and stored in the memory 114 (S1004). If there is still a chip for fixed point observation, the process returns to S1003 (S1005). If there is no chip for the next fixed point observation, the wafer is unloaded from the stage 116 of the SEM apparatus 10 (S1006). Step S1006 may be skipped and subsequent processing may be performed while the wafer is held in the apparatus.
次に、ステップ1007にて、撮像した複数の定点観察画像から基準画像を生成するための画像を一又は複数選択し、ステップS1008にて基準画像を生成しメモリ114に記憶する。なお、定点観察画像の選択方法並びに選択された定点観察画像を用いた基準画像の生成方法については図11、図12を用いて後述する。基準画像生成後、メモリ114に記憶されている全ての定点観察画像と、メモリ114に記憶された基準画像を用いて、両画像の差分処理を画像処理ユニット115で実行する。差分処理の結果得られる欠陥領域画像はメモリ114に記憶される。次に、欠陥領域画像から得られる欠陥領域を用いて、欠陥領域に相当する定点観察画像上の領域の画像特徴を画像処理ユニット115で計算し、欠陥の定量化を行う(S1009)。最後に、各定点観察位置で計算された欠陥定量値をユーザ端末118に出力して終了する(S1010)。出力の方法は前述の通りである。 Next, in step 1007, one or a plurality of images for generating a reference image is selected from the plurality of captured fixed point observation images, and a reference image is generated and stored in the memory 114 in step S1008. A method for selecting a fixed point observation image and a method for generating a reference image using the selected fixed point observation image will be described later with reference to FIGS. After generating the reference image, the image processing unit 115 executes difference processing between both images using all the fixed point observation images stored in the memory 114 and the reference image stored in the memory 114. A defective area image obtained as a result of the difference processing is stored in the memory 114. Next, using the defect area obtained from the defect area image, the image feature of the area on the fixed point observation image corresponding to the defect area is calculated by the image processing unit 115, and the defect is quantified (S1009). Finally, the defect quantitative value calculated at each fixed point observation position is output to the user terminal 118 and the process ends (S1010). The output method is as described above.
図11は定点観察画像を全て撮像してから、基準画像生成のための画像を撮像した定点観察画像から選択するための第1の画面構成を表す図であり、1100は画面を示す。1101は撮像した定点観察画像を表示する領域である。撮像した全ての定点観察画像が一度に表示できない場合には、図示しない手段により1101内のみをスクロールしたり、画面を切り替え可能にするなどして、必要な全ての定点観察画像を閲覧可能とする。1101内に表示されている複数の定点観察画像の内、太線で囲まれた画像は平均化画像生成に使用することが指示された定点観察画像を示し、操作者による選択画像のクリックにより指示される。1102は定点観察画像に対応する回路デザイン画像であり、回路デザインデータから生成されても良いし、定点観察画像を元に操作者によりマニュアル入力されても良いし、定点観察画像をもとに画像処理により生成されても良い。1102は基準画像生成のために、定点観察画像をどのようなレイヤ領域に応じて処理するかを確認するために利用できる。1103は1101内で選択された1枚以上の定点観察画像より生成された平均化画像である。1104は各レイヤの平均化画像の標準偏差と各レイヤで定められたしきい値を表示する数値表示領域である。
FIG. 11 is a diagram showing a first screen configuration for selecting from the fixed point observation images obtained by capturing all the fixed point observation images and then capturing the image for generating the reference image.
図11に示した画面を用いて基準画像を生成するフローを図12に示す。まず、回路デザイン画像を入力し(S1200)、メモリ114に記憶された複数の定点観察画像の中から定点観察画像を選択する(S1202)。続いて、既生成の平均化画像があれば、撮像画像との位置合わせを行った上で、平均化画像を更新する(S1203)。なお、既生成の平均化画像がない(N=1)場合には、ステップS1203を経ることなく、ステップS1204に進む。ステップS1204では、回路デザイン画像に示される各レイヤで示される領域別に平均化画像の画素値の標準偏差値を計算し、ステップS1205にて平均化画像を図11の1103に表示するとともに、各レイヤの平均化画像の標準偏差と各レイヤで定められたしきい値を図11の1104に表示する(S1206)。操作者は1103に表示された平均化画像及び1104に表示された各レイヤの平均化画像の標準偏差と各レイヤで定められたしきい値を参考に生成された平均化画像を基準画像とするか否か検討し、処理を終了するか否かを判断する(S1207)。更に定点観察画像を追加選択する場合はステップS1202に戻り、ステップS1202からS1207までを繰り返す。なお、ステップS1202では定点観察画像の選択と同時に、選択されている定点観察画像を選択対象から外すことも可能とし、適切な基準画像を生成するための最適な定点観察画像の選択ができるようにする。ステップS1207において平均化画像あるいは、各レイヤの平均化画像の標準偏差と各レイヤで定められたしきい値の関係が適切であると操作者に判断された場合はステップS1209に進み、生成された平均化画像を基準画像とし、処理を終了する(S1210)。 FIG. 12 shows a flow for generating a reference image using the screen shown in FIG. First, a circuit design image is input (S1200), and a fixed point observation image is selected from a plurality of fixed point observation images stored in the memory 114 (S1202). Subsequently, if there is an already generated averaged image, the averaged image is updated after alignment with the captured image (S1203). If there is no already generated averaged image (N = 1), the process proceeds to step S1204 without passing through step S1203. In step S1204, the standard deviation value of the pixel value of the averaged image is calculated for each area indicated by each layer indicated in the circuit design image. In step S1205, the averaged image is displayed on 1103 in FIG. The standard deviation of the averaged image and the threshold value determined in each layer are displayed in 1104 of FIG. 11 (S1206). The operator uses the averaged image displayed in 1103 and the standardized image of the averaged image of each layer displayed in 1104 and the averaged image generated with reference to the threshold value defined in each layer as the reference image. Whether or not to end the process is determined (S1207). Further, when the fixed point observation image is additionally selected, the process returns to step S1202, and steps S1202 to S1207 are repeated. In step S1202, simultaneously with the selection of the fixed point observation image, the selected fixed point observation image can be excluded from the selection target so that the optimum fixed point observation image for generating an appropriate reference image can be selected. To do. If the operator determines in step S1207 that the average image or the standard deviation of the average image of each layer and the threshold value defined in each layer are appropriate, the process proceeds to step S1209 and is generated. The averaged image is used as a reference image, and the process ends (S1210).
次に、定点観察画像を全て撮像してから、基準画像生成のための画像を撮像した定点観察画像から選択するための第2の画面構成例について、図13を用いて説明する。画面1300に表示された1301は撮像した定点観察画像を表示する領域である。撮像した全ての定点観察画像が一度に表示できない場合には、図示しない手段により1301内のみをスクロールするなどして、全ての定点観察画像を閲覧可能とする。1301内に表示されている定点観察画像の内、太線で示された画像は平均化画像を生成するために使用することが指示された定点観察画像であり、操作者による選択画像のクリックにより指示される。1303は定点観察画像に対応する回路デザイン画像であり、回路デザインデータから生成されても良いし、定点観察画像を元に操作者によりマニュアル入力されても良いし、定点観察画像をもとに画像処理により生成されても良い。1303は平均化画像生成のために、定点観察画像をどのようなレイヤ領域に応じて処理するかを確認するために利用可能である。1304は1301内の複数の定点観察画像のうちで選択された1枚以上の定点観察画像より生成された平均化画像である。1302は1301に表示されている定点観察画像と平均化画像を用いて欠陥領域を抽出した結果を示す画像を表示する領域であり、1301と1302の同じ位置に表示される画像は対応している。1305で示すウェーハマップには図6のステップS609にて説明した情報が出力される。1306は各レイヤの平均化画像の標準偏差と各レイヤで定められたしきい値を表示する数値表示領域である。
Next, a second screen configuration example for selecting all the fixed point observation images from the fixed point observation images obtained by capturing the images for generating the reference image will be described with reference to FIG.
図13に示した画面を用いて基準画像を生成するフローを図14に示す。まず回路デザイン画像を入力し(S1400)、定点観察画像を選択する(S1402)。続いて、既生成の平均化画像があれば、撮像画像との位置合わせを行った上で、平均化画像を更新する(S1403)。なお、既生成の平均化画像がない(N=1)場合には、ステップS1403を経ることなく、ステップS1404に進む。ステップS1404では、回路デザイン画像に示される各レイヤで示される領域別に平均化画像の画素値の標準偏差値を計算し、ステップS1405にて平均化画像を図13の1304に表示するとともに、各レイヤの平均化画像の標準偏差と各レイヤで定められたしきい値を図13の1306に表示する(S1406)。更に、平均化画像を用いて各定点観察画像から欠陥領域画像を生成し1302に表示する(S1407)。操作者は1304に表示された平均化画像、あるいは1306に表示された各レイヤの平均化画像の標準偏差と各レイヤで定められたしきい値の関係、あるいは1302に表示された欠陥領域画像を参考に生成された平均化画像を基準画像とするか否かを判断し(S1408)、更に定点観察画像を追加選択する場合はステップS1402に戻り、ステップS1402からS1408までを繰り返す。なお、ステップS1402では定点観察画像の選択と同時に、選択されている定点観察画像を選択対象から外すことも可能とし、適切な基準画像を生成するための最適な定点観察画像の選択ができるようにする。ステップS1408において平均化画像、あるいは、各レイヤの平均化画像の標準偏差と各レイヤで定められたしきい値の関係、あるいは、欠陥領域画像が適切であると操作者に判断された場合はステップS1410に進み、生成された平均化画像を基準画像とし、処理を終了する(S1411)。図13に示した画面構成による基準画像生成方法によれば、生成した基準画像による欠陥領域画像を逐次確認できるので、定点観察画像中の欠陥と欠陥領域画像を比べることによりさらに直感的に処理を進めることができると同時に、基準画像が定まらないとウェーハマップを作成できないということがなく、ウェーハマップも逐次更新されていくので欠陥発生の状況の概略をいち早く知ることができる。 FIG. 14 shows a flow for generating a reference image using the screen shown in FIG. First, a circuit design image is input (S1400), and a fixed point observation image is selected (S1402). Subsequently, if there is an already generated averaged image, the averaged image is updated after alignment with the captured image (S1403). If there is no already generated averaged image (N = 1), the process proceeds to step S1404 without passing through step S1403. In step S1404, the standard deviation value of the pixel value of the averaged image is calculated for each area indicated by each layer indicated in the circuit design image. In step S1405, the averaged image is displayed in 1304 of FIG. The standard deviation of the averaged image and the threshold value determined in each layer are displayed in 1306 of FIG. 13 (S1406). Further, a defect area image is generated from each fixed point observation image using the averaged image and displayed on 1302 (S1407). The operator displays the averaged image displayed in 1304, the relationship between the standard deviation of the averaged image of each layer displayed in 1306 and the threshold value determined in each layer, or the defective area image displayed in 1302. It is determined whether or not the averaged image generated for reference is used as a reference image (S1408). If a fixed point observation image is additionally selected, the process returns to step S1402, and steps S1402 to S1408 are repeated. In step S1402, the selected fixed point observation image can be excluded from the selection target simultaneously with the selection of the fixed point observation image, so that the optimum fixed point observation image for generating an appropriate reference image can be selected. To do. In step S1408, if the operator determines that the averaged image or the standard deviation of the averaged image of each layer and the threshold value defined in each layer, or the defect area image is appropriate, step S1408 Proceeding to S1410, the generated averaged image is set as a reference image, and the process is terminated (S1411). According to the reference image generation method based on the screen configuration shown in FIG. 13, since the defect area image based on the generated reference image can be sequentially confirmed, the processing in the fixed point observation image is further intuitively compared by comparing the defect and the defect area image. At the same time, the wafer map cannot be created unless the reference image is determined, and the wafer map is also updated sequentially, so that the outline of the defect occurrence status can be known quickly.
最後に図8のS805に示したしきい値に関して述べる。しきい値に関しては、各レイヤに予め一定の値を設定しておいてもよいし、撮像した画像から自動的に決める方法でも良い。撮像画像からしきい値を自動的に決める方法の一例を以下に述べる。まず画像を細分化する格子を設定する。格子は画像に対し一律にかけるのではなく、各レイヤ別に設定する、また、レイヤをまたぐ格子は生じないよう格子の寸法を調整する。ここで、定点観察画像は既に撮像したものがN枚あるとし、ある一つのレイヤに属する格子はM個あるものとし、ある一つのレイヤに着目し以下述べる。M個の格子について定点観察画像のN枚各々につき格子内の画素値の標準偏差値を計算する。これによりN×M個の標準偏差値を得る。ここで、着目しているレイヤの面積に対して正常部位が占める割合として考えられる最大値A(%)を例えば図1のコンピュータ端末118から入力設定できるようにしておき、得られたN×M個の標準偏差値を昇順に並べ、最初から((N×M)×A/100)個め(少数点以下切捨て)の標準偏差値を該等レイヤにおけるしきい値とする。これにより基準画像として判定するための標準偏差値に対するしきい値THを得ることができる。この方法によれば、各格子にN枚ある格子画像から、その標準偏差値が前記のTH以下のものを選択することにより、各格子の平均化画像を生成することもできる。 Finally, the threshold value shown in S805 of FIG. 8 will be described. As for the threshold value, a fixed value may be set in advance for each layer, or a method of automatically determining from a captured image may be used. An example of a method for automatically determining the threshold value from the captured image will be described below. First, a grid for subdividing the image is set. The grid is not uniformly applied to the image, but is set for each layer, and the size of the grid is adjusted so that no grid crosses the layers. Here, it is assumed that there are N fixed-point observation images that have already been captured, and there are M lattices belonging to a certain layer, and the following description will focus on one layer. The standard deviation value of the pixel value in the lattice is calculated for each of N fixed-point observation images for M lattices. As a result, N × M standard deviation values are obtained. Here, the maximum value A (%) considered as the ratio of the normal part to the area of the layer of interest can be input and set from the computer terminal 118 of FIG. 1, for example, and the obtained N × M The standard deviation values are arranged in ascending order, and the ((N × M) × A / 100) standard deviation value (rounded down to the nearest decimal point) from the beginning is set as the threshold value in the equal layer. As a result, the threshold value TH for the standard deviation value for determination as the reference image can be obtained. According to this method, it is possible to generate an averaged image of each lattice by selecting one having N standard deviation values or less from the N lattice images in each lattice.
以上述べた方法によれば半導体開発初期の良品チップの取れない状態においても、比較検査を実行するための基準画像を生成することが可能となる。これにより高感度な比較検査を実施することで欠陥の発生状況の把握が可能となり、プロセスの条件出しの迅速化を図ることが可能となる。 According to the method described above, it is possible to generate a reference image for executing a comparative inspection even in a state where a non-defective chip at the initial stage of semiconductor development cannot be obtained. As a result, it is possible to grasp the occurrence state of defects by performing a highly sensitive comparative inspection, and it is possible to speed up the process condition determination.
10…SEM装置本体、100…電子ビーム、101…電子源、102…電子レンズ、103…電子レンズ、104…電子ビーム軸調整器、105…偏向器、106…偏向器、107…対物レンズ、108…ウェーハ、109…撮像対象領域、110…反射板、110’…一次電子ビーム通過穴、111…電子検出器、112…A/Dコンバータ、113…加算回路、114…メモリ、115…画像処理ユニット、116…XYステージ、117…二次記憶装置、118…コンピュータ端末、119…全体制御系、120…電流量制御ユニット、121…偏向制御ユニット、122…電子レンズ制御ユニット、123…ステージ制御ユニット、124…シーケンス制御ユニット、125…データ変換部、126…データ入力部、127…画像信号処理系、30…チップ、31…観察位置、50…定点観察画像、51…基準画像、52…欠陥領域画像、53…欠陥領域、1100…画面、1101…定点観察画像表示領域、1102…回路デザイン画像、1103…平均化画像、1104…数値表示領域、1300…画面、1301…定点観察画像表示領域、1302…欠陥領域画像表示領域、1303…回路デザイン画像、1304…平均化画像、1305…ウェーハマップ、1306…数値表示領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... SEM apparatus main body, 100 ... Electron beam, 101 ... Electron source, 102 ... Electron lens, 103 ... Electron lens, 104 ... Electron beam axis adjuster, 105 ... Deflector, 106 ... Deflector, 107 ... Objective lens, 108 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Wafer, 109 ... Imaging area, 110 ... Reflector, 110 '... Primary electron beam passage hole, 111 ... Electron detector, 112 ... A / D converter, 113 ... Adder circuit, 114 ... Memory, 115 ... Image processing unit 116 ... XY stage, 117 ... secondary storage device, 118 ... computer terminal, 119 ... overall control system, 120 ... current amount control unit, 121 ... deflection control unit, 122 ... electronic lens control unit, 123 ... stage control unit, 124: Sequence control unit, 125 ... Data conversion unit, 126 ... Data input unit, 127 ... Image signal Science, 30 ... chip, 31 ... observation position, 50 ... fixed point observation image, 51 ... reference image, 52 ... defect region image, 53 ... defect region, 1100 ... screen, 1101 ... fixed point observation image display region, 1102 ... circuit design image DESCRIPTION OF SYMBOLS 1103 ...
Claims (12)
前記複数のチップ各々に対して互いに同一となるように形成された対応するパターンの観
察位置を撮像するステップと、
前記撮像された撮像画像を用いて平均化画像を生成するステップと、
前記平均化画像を前記撮像画像に対応する回路デザインを表す情報と比較し、所定の条件
を満たすものを基準画像として選定するステップと、
前記基準画像と前記撮像画像とを比較して検査するステップと、
を有し、
前記基準画像を選定するステップでは、前記所定の条件として、前記平均化画像において
各レイヤの各回路パターンの領域に属する画素の値のばらつきが前記各レイヤの前記各回
路パターンに設けられたしきい値以下であるかを判定することを特徴とする外観検査方法。 An appearance inspection method for inspecting the appearance of a semiconductor wafer on which a plurality of chips are formed,
Imaging an observation position of a corresponding pattern formed to be the same for each of the plurality of chips;
Generating an averaged image using the imaged captured image;
Comparing the averaged image with information representing a circuit design corresponding to the captured image, and selecting a reference image that satisfies a predetermined condition;
Comparing and inspecting the reference image and the captured image;
Have
In the step of selecting the reference image, as the predetermined condition, in the averaged image
Variations in the values of the pixels belonging to each circuit pattern area of each layer
An appearance inspection method characterized by determining whether or not a threshold value is less than or equal to a threshold value provided in a road pattern .
前記観察位置を撮像するステップでは、前記チップ毎に複数の観察位置を撮像することを
特徴とする外観検査方法。 An appearance inspection method according to claim 1,
The visual inspection method, wherein in the step of imaging the observation position, a plurality of observation positions are imaged for each chip.
前記基準画像を選定するステップでは、前記回路デザインを表す情報として、回路デザイ
ンを画像にしたものを用いることを特徴とする外観検査方法。 An appearance inspection method according to claim 1 or 2,
In the step of selecting the reference image, an appearance inspection method using an image of the circuit design as information representing the circuit design is used.
前記基準画像を選定するステップでは、前記回路デザインを表す情報として、回路設計情
報、前記撮像された画像を基に入力された回路パターンの線画、又は前記撮像された画像
を処理して抽出された回路パターンのエッジから生成された回路パターンの線画、のいず
れかを用いることを特徴とする外観検査方法。 An appearance inspection method according to claim 1 or 2,
In the step of selecting the reference image, the circuit design information, the line pattern of the circuit pattern input based on the captured image, or the captured image is extracted as information representing the circuit design. One of the circuit pattern line drawings generated from the edge of the circuit pattern is used.
さらに、前記撮像した複数の撮像画像を画面に表示するステップと、
前記平均化画像の生成に用いる撮像画像を前記画面に表示された複数の撮像画像から選択
するステップと、
を有することを特徴とする外観検査方法。 An appearance inspection method according to claim 1 or 2,
A step of displaying the plurality of captured images on the screen;
Selecting a captured image used for generation of the averaged image from a plurality of captured images displayed on the screen;
A visual inspection method characterized by comprising:
さらに、前記基準画像と前記撮像画像との比較により生成された欠陥領域画像を表示する
ステップと、
を有することを特徴とする外観検査方法。 An appearance inspection method according to claim 5,
And displaying a defect area image generated by comparing the reference image and the captured image;
A visual inspection method characterized by comprising:
前記観察位置を撮像するステップでは、前記平均化画像を生成するステップの前に、必要In the step of imaging the observation position, it is necessary before the step of generating the averaged image.
な画像をすべて撮像し、Take all the images
さらに、前記基準画像を選定するステップでは、前記しきい値を定めるために前記各レイFurther, in the step of selecting the reference image, each ray is set to determine the threshold value.
ヤの面積に対して正常部位が占める割合を入力するステップ、A step of inputting a ratio of the normal portion to the area of the ya,
を有することを特徴とする外観検査方法。A visual inspection method characterized by comprising:
さらに、前記撮像した複数の撮像画像を画面に表示するステップと、A step of displaying the plurality of captured images on the screen;
前記平均化画像の生成に用いる撮像画像を前記画面に表示された複数の撮像画像から選択Select a captured image used to generate the averaged image from a plurality of captured images displayed on the screen
するステップと、And steps to
を有することを特徴とする外観検査方法。A visual inspection method characterized by comprising:
さらに、前記基準画像と前記撮像画像との比較より生成された欠陥領域画像を表示するスFurther, a defect area image generated by comparing the reference image and the captured image is displayed.
テップと、Tep,
を有することを特徴とする外観検査方法。A visual inspection method characterized by comprising:
れた対応するパターンの観察位置を撮像する手段と、Means for imaging the observed position of the corresponding pattern,
前記撮像された撮像画像と基準画像を比較する手段と、Means for comparing the captured image with a reference image;
前記撮像画像に対応する回路デザインを表す情報が入力される入力手段と、Input means for inputting information representing a circuit design corresponding to the captured image;
前記回路デザインを表す情報を前記撮像画像と比較するようにデータを変換するデータ変A data transformation that converts data so that information representing the circuit design is compared with the captured image.
換手段とを有する外観検査装置であって、A visual inspection apparatus having a replacement means,
前記撮像された撮像画像を用いて平均化画像を生成する手段と、Means for generating an averaged image using the imaged captured image;
前記平均化画像と前記撮像画像に対応する回路デザインを表す情報とを比較し、所定の条The averaged image is compared with information representing a circuit design corresponding to the captured image, and a predetermined condition is compared.
件を満たすものを前記基準画像として選定する手段と、Means for selecting an image satisfying the condition as the reference image;
を有し、Have
前記平均化画像において、各レイヤの各回路パターンの領域に属する画素の値のばらつきが前記各レイヤの前記各回路パターンに設けられたしきい値以下であるかを判定することを特徴とする外観検査装置。 Appearance characterized in that, in the averaged image, it is determined whether or not variation in values of pixels belonging to each circuit pattern region of each layer is equal to or less than a threshold value provided for each circuit pattern of each layer Inspection device.
さらに、前記撮像した複数の撮像画像を画面に表示する表示手段と、And a display means for displaying the plurality of captured images on the screen,
前記平均化画像の生成に用いる撮像画像を前記画面に表示された複数の撮像画像から選択Select a captured image used to generate the averaged image from a plurality of captured images displayed on the screen
する手段と、Means to
を有することを特徴とする外観検査装置。An appearance inspection apparatus characterized by comprising:
前記表示手段は、さらに、前記基準画像と前記撮像画像との比較により生成された欠陥領The display means further includes a defect area generated by comparing the reference image and the captured image.
域画像を表示することを特徴とする半導体ウェーハの外観検査装置。A semiconductor wafer appearance inspection apparatus characterized by displaying a region image.
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