KR100930377B1 - Photomask and Manufacturing Method - Google Patents
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Abstract
투명 기판 상에 광흡수층 및 레지스트층을 순차적으로 형성하고, 웨이퍼 상으로 전사할 상대적으로 넓은 영역을 포함하는 대면적 패턴의 레이아웃을 설정하고, 대면적 패턴의 레이아웃 내에 대면적 패턴을 다수의 작은 패턴들로 분할하는 분할 스페이스(space)패턴들을 삽입한다. 분할 스페이스패턴들이 삽입된 대면적 패턴의 레이아웃을 전자빔 노광을 이용하여 레지스트층에 전사하고, 노광된 레지스트층을 현상하여 레지스트 패턴을 형성한 후, 레지스트 패턴에 노출된 광흡수층을 선택적으로 식각하여 마스크패턴을 형성하는 포토마스크 제조방법을 제시한다. A light absorption layer and a resist layer are sequentially formed on the transparent substrate, and the layout of the large area pattern including the relatively large area to be transferred onto the wafer is set, and the large area pattern in the layout of the large area pattern is divided into a plurality of small patterns. Insert partition space patterns that are divided into The layout of the large-area pattern into which the divisional space patterns are inserted is transferred to the resist layer by using electron beam exposure, the exposed resist layer is developed to form a resist pattern, and then the optical absorption layer exposed to the resist pattern is selectively etched and masked. A photomask manufacturing method for forming a pattern is provided.
정전기 현상, 마스크 결함, 대면적 패턴, 마스크 Static phenomenon, mask defects, large area pattern, mask
Description
도 1은 종래의 포토마스크 제조방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 평면도이다. 1 is a plan view schematically illustrating a conventional photomask manufacturing method.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 및 제조방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 레이아웃(layout) 도면이다. 2 is a layout diagram schematically illustrating a photomask and a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 및 제조방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다. 3 to 5 are cross-sectional views schematically illustrating a photomask and a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 및 제조방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 실사(simulation) 결과 그래프(graph)이다. FIG. 6 is a schematic diagram of a simulation result to explain a photomask and a manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 리소그래피(lithography) 과정에 이용되는 포토마스크(photomask) 및 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices and, more particularly, to photomasks and fabrication methods used in lithography processes.
반도체 소자는 웨이퍼(wafer) 상에 회로 패턴을 구현하여 형성되고 있다. 회로 패턴은 포토마스크를 이용한 리소그래피 과정, 예컨대, 노광 및 현상 과정 등을 이용하여 웨이퍼 상에 전사되고 있다. 이를 위해, 회로 패턴을 설계하고 설계된 회 로 패턴을 포토마스크 상에 구현하는 과정이 먼저 수행되고 있다. 포토마스크의 제작 과정은 반도체 소자에 따라 일부 변형될 수 있으나, 포토마스크는 광이 흡수되는 부분, 예컨대, 차광 영역(또는 위상시프트(phase shift) 영역)과 광이 투과되는 부분으로 구성되는 것으로 이해될 수 있다. The semiconductor device is formed by implementing a circuit pattern on a wafer. The circuit pattern is transferred onto the wafer using a lithography process using a photomask, such as an exposure and development process. To this end, a process of designing a circuit pattern and implementing the designed circuit pattern on a photomask is performed first. Although the manufacturing process of the photomask may be partially modified depending on the semiconductor device, it is understood that the photomask is composed of a portion where light is absorbed, for example, a light blocking region (or a phase shift region) and a portion where light is transmitted. Can be.
포토마스크는 광이 흡수되는 부분과 광이 투과되는 부분, 예컨대, 마스크패턴들이 설계된 회로 패턴의 형상을 구성하도록 제조되고 있다. 이러한 포토마스크 상의 마스크패턴의 형성은 레지스트(resist)층에 전자빔(e-beam)을 이용하여 설계된 회로를 그리는 전자빔 쓰기(electron beam writing) 과정을 수반한다. The photomask is manufactured to form a shape of a circuit pattern in which a portion where light is absorbed and a portion where light is transmitted, for example, mask patterns. The formation of a mask pattern on the photomask involves an electron beam writing process for drawing a circuit designed using an electron beam (e-beam) in a resist layer.
한편, 웨이퍼 상에 구현하고자하는 회로 패턴들 중에는 상대적으로 넓은 면적을 차지하는 대면적 패턴이 존재할 수 있으며, 이러한 대면적 패턴은 주위의 다른 회로패턴들과 연결되지 않는 고립패턴(isolated pattern)으로 존재할 수 있다. 이러한 대면적 패턴은 예컨대 게이트 라인(gate line)이나 다른 배선 라인들에 비해 상대적으로 넓은 면적을 가지는 패턴으로 이해될 수 있다. Meanwhile, among the circuit patterns to be implemented on the wafer, a large area pattern that occupies a relatively large area may exist, and such a large area pattern may exist as an isolated pattern that is not connected to other circuit patterns around it. have. Such a large area pattern may be understood as a pattern having a relatively large area compared to, for example, a gate line or other wiring lines.
그런데, 크롬(Cr)을 포함하는 대면적 마스크패턴이 상대적으로 대면적을 차지하므로, 전자빔 쓰기 과정에서 대면적 마스크패턴에 전자들이 상대적으로 밀집되게 될 수 있다. 이에 따라, 전자빔 쓰기 후 마스크층, 예컨대, 크롬층을 선택적으로 식각하는 과정에서, 대면적 마스크패턴이 형성되는 부분에서 정전기 현상이 유발되고 있다. 이에 따라, 대면적 마스크패턴의 모서리 또는 가장자리 부분이 원하지 않게 떨어져 나가는 현상이, 도 1에 제시된 바와 같이, 발생되고 있다. However, since a large area mask pattern including chromium (Cr) occupies a relatively large area, electrons may be relatively concentrated in the large area mask pattern during the electron beam writing process. Accordingly, in the process of selectively etching a mask layer, for example, a chromium layer after electron beam writing, an electrostatic phenomenon is induced at a portion where a large area mask pattern is formed. Accordingly, the phenomenon in which the corners or edge portions of the large-area mask pattern fall off undesirably is generated, as shown in FIG. 1.
도 1은 종래의 포토마스크 제조방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 평면도이다. 실제 웨이퍼 상에 구현하고자 하는 대면적 패턴(10)은 점선의 아웃라인(out line: 11)과 같이 사각형태를 가질 수 있다. 그런데, 대면적 패턴(10)의 형상을 제공하는 마스크패턴에 정전기 현상이 발생하여 모서리 부분(13)이 떨어져나갈 경우, 실제 웨이퍼 상에 형성되는 패턴(15)은 모서리 부분 등이 떨어져 나간 불량 패턴으로 형성되게 된다. 따라서, 이러한 현상은 마스크 결함(defect) 요소로 이해될 수 있다. 1 is a plan view schematically illustrating a conventional photomask manufacturing method. The
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 정전기 현상을 억제할 수 있는 포토마스크의 레이아웃을 제시하는 데 있다. An object of the present invention is to present a layout of a photomask that can suppress an electrostatic phenomenon.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 정전기 현상을 억제할 수 있는 포토마스크 제조방법을 제시하는 데 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a photomask manufacturing method that can suppress the electrostatic phenomenon.
상기 기술 과제를 위한 본 발명의 일 관점은, 투명 기판 상에 광흡수층 및 레지스트층을 순차적으로 형성하는 단계, 웨이퍼 상으로 전사할 상대적으로 넓은 영역을 포함하는 대면적 패턴의 레이아웃을 설정하는 단계, 상기 대면적 패턴의 레이아웃 내에 상기 대면적 패턴을 다수의 작은 패턴들로 분할하는 분할 스페이스(space)패턴들을 삽입하는 단계, 상기 분할 스페이스패턴들이 삽입된 상기 대면적 패턴의 레이아웃을 전자빔 노광을 이용하여 상기 레지스트층에 전사하는 단계, 상기 노광된 레지스트층을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 레지스트 패턴에 노출된 상기 광흡수층을 선택적으로 식각하여 마스크패턴을 형성하는 단계를 포함하는 포토마스크 제조방법을 제시한다. One aspect of the present invention for the above technical problem, the step of sequentially forming a light absorption layer and a resist layer on a transparent substrate, setting a layout of a large area pattern including a relatively large area to be transferred onto the wafer, Inserting partition space patterns for dividing the large area pattern into a plurality of small patterns in the layout of the large area pattern; using electron beam exposure to layout the large area pattern into which the partition space patterns are inserted; Transferring to the resist layer, developing the exposed resist layer to form a resist pattern, and selectively etching the light absorbing layer exposed to the resist pattern to form a mask pattern Give a way.
또한, 본 발명의 다른 일 관점은, 투명 기판, 및 마스크 패턴을 포함하고, 상기 마스크 패턴은 상기 투명 기판 상에 형성된 상대적으로 넓은 영역을 포함하는 대면적 패턴, 및 상기 대면적 패턴을 다수의 작은 패턴들로 분할하는 분할 스페이스 패턴들을 포함하는 포토마스크를 제시한다. In addition, another aspect of the present invention includes a transparent substrate and a mask pattern, wherein the mask pattern includes a large area pattern including a relatively large area formed on the transparent substrate, and the large area pattern includes a plurality of small areas. A photomask including divided space patterns that divide into patterns is presented.
상기 분할 스페이스 패턴들은, 상기 대면적 패턴 내에서 교차하는 라인(line) 형태의 빈 공간을 포함하여 설정될 수 있다. The divided space patterns may be set to include empty spaces having a line shape intersecting in the large area pattern.
상기 분할 스페이스 패턴들은, 상기 마스크 패턴을 웨이퍼 상으로 전사하는 웨이퍼 노광 과정에서 상기 웨이퍼 상으로 전사되는 것이 배제되게 상기 웨이퍼 노광 과정의 해상력 한계 파장대보다 짧은 선폭을 가지게 설정될 수 있다. The division space patterns may be set to have a line width shorter than the resolution limit wavelength band of the wafer exposure process to exclude the transfer of the mask pattern onto the wafer during the wafer exposure process.
상기 광흡수층은, 웨이퍼 노광 과정 시 상기 투명 기판을 투과하는 광을 흡수하는 차광층, 위상시프트(phase shift)층 또는 하프톤(halftone)층을 포함하여 형성될 수 있다. The light absorption layer may include a light blocking layer, a phase shift layer, or a halftone layer that absorbs light passing through the transparent substrate during a wafer exposure process.
상기 대면적 패턴은, 이웃하는 다른 패턴과 전기적으로 단절된 고립패턴(isolated pattern)으로 설정될 수 있다. The large area pattern may be set to an isolated pattern electrically disconnected from other neighboring patterns.
본 발명에 따르면, 정전기 현상이 밀집되는 대면적 패턴의 레이아웃(layout)을 수정하여 정전기 현상을 억제할 수 있는 포토마스크 및 제조방법을 제시할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a photomask and a manufacturing method capable of suppressing the electrostatic phenomenon by modifying the layout of a large area pattern in which the electrostatic phenomenon is concentrated.
본 발명의 실시예에서는, 포토마스크 제작 시 전자빔쓰기 과정에 의해, 회로도 부분 중 상대적으로 면적이 넓은 대면적 패턴 부분에서 발생할 수 있는 정전기 현상을, 회로도 자체 수정으로 억제 또는 극복하는 방법을 제시한다. An embodiment of the present invention provides a method of suppressing or overcoming electrostatic phenomena that may occur in a large area of a relatively large area of a circuit part by an electron beam writing process during photomask fabrication.
상대적으로 넓은 면적을 차지하는 대면적 패턴은, 게이트 라인 등과 같은 배선 라인에 비해 넓은 면적의 패턴으로, 예컨대, 주변회로영역의 커패시터 등을 위한 패턴, 또는 패드(pad)와 같은 패턴 등으로 이해될 수 있다. 대면적 패턴은 웨이퍼 상에 구현되는 회로 패턴의 디자인 룰(design rule) 상의 최소 선폭(minimum CD)에 비해 상당히 큰 선폭의 패턴으로 이해될 수 있다. 이러한 대면적 패턴은 주로 이웃하는 다른 패턴과 전기적으로 연결되지 않은 고립 패턴으로 설계될 수 있다. A large area pattern that occupies a relatively large area may be understood as a larger area pattern than a wiring line such as a gate line, for example, a pattern for a capacitor in a peripheral circuit region, or a pattern such as a pad. have. The large area pattern can be understood as a pattern of considerably larger linewidth compared to the minimum CD on the design rule of the circuit pattern implemented on the wafer. This large area pattern can be designed primarily as an isolated pattern that is not electrically connected to other neighboring patterns.
본 발명의 실시예에서는, 대면적 패턴의 레이아웃에 스캐터링 스페이스패턴(scattering space pattern)을 삽입하여, 대면적 패턴을 다수의 작은 패턴(sub-pattern)들로 분할한다. 이러한 분할을 위한 스페이스패턴의 삽입 시 고려될 조건들, 예컨대, 스페이스 선폭 또는 빈 이격 간격의 선폭 등은, 포토마스크를 사용하여 노광 과정의 노광 조건, 예컨대, 해상력 정도 등에 의존하여 설정될 수 있다. 예컨대, 스페이스 선폭은 실제 웨이퍼 상으로 노광에 의해서 실존 패턴(real pattern)이 전사되지 않을 정도로 설정되는 것이 바람직하다. 부언하면, 스페이스 선폭은 노광 시 해상 한계로서의 파장대보다 짧은 선폭으로 형성되는 것이 바람직하다. In an embodiment of the present invention, a scattering space pattern is inserted into a layout of a large area pattern, thereby dividing the large area pattern into a plurality of sub-patterns. The conditions to be considered when inserting the space pattern for such division, for example, the line width of the space or the line width of the empty spaced interval, may be set depending on the exposure conditions of the exposure process, for example, the degree of resolution, etc. using a photomask. For example, the space line width is preferably set to such an extent that a real pattern is not transferred to the actual wafer by exposure. In other words, the space line width is preferably formed with a line width shorter than the wavelength band as the resolution limit during exposure.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 및 제조방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 레이아웃(layout) 도면이다. 도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 및 제조방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들 이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 및 제조방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 실사(simulation) 결과 그래프(graph)이다. 2 is a layout diagram schematically illustrating a photomask and a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. 3 to 5 are cross-sectional views schematically illustrating a photomask and a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram of a simulation result to explain a photomask and a manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 및 제조방법은, 포토마스크 상에 형성하고자하는 마스크 레이아웃(210)을 설계한다. 구체적으로 노광 시 광이 투과되는 광투과영역(220) 및 광의 흡수가 일어나는 광흡수영역(230)을 설정한다. 이때, 광흡수영역(230)은 대면적 패턴으로 레이아웃 설계될 수 있다. 이후에, 대면적 패턴으로 설계된 광흡수영역(230)의 레이아웃 내에, 대면적 패턴을 다수의 작은 패턴(231)들로 분할하는 분할 스페이스패턴(240)들을 삽입한다. 따라서, 대면적 패턴으로 설계된 광흡수영역(230)의 레이아웃은, 분할 스페이스패턴(240)들에 의해 분할된 다수의 작은 패턴(231)들의 집합 형태로 이해될 수 있다. Referring to FIG. 2, the photomask and the manufacturing method according to the embodiment of the present invention design a
분할 스페이스패턴(240)들은, 대면적 패턴의 광흡수영역(230) 내에서 교차하는 라인(line) 형태의 빈 공간을 포함하여 설정될 수 있다. 또한, 분할 스페이스 패턴(240)들은, 레이아웃(210)이 반영된 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 노광 과정을 수행할 때, 웨이퍼 상으로 전사되는 것이 배제되는 선폭을 가지게 설정된다. 예컨대, 웨이퍼 노광 과정의 해상력 한계 파장대보다 짧은 선폭을 가져, 웨이퍼 상으로 실제 패턴이 전사되지 않는 스캐터링 스페이스(scattering space) 패턴으로 설정될 수 있다. The
이와 같이 설정된 마스크 레이아웃(210)을 실제 마스크 기판 상에 전사하여 포토마스크를 형성할 때, 대면적 패턴의 광흡수영역(230) 보다 작은 면적의 작은 패턴(240)들로 분할되므로, 전자빔쓰기 과정에 기인하는 전자의 축적량이 상대적으 로 분산될 수 있다. 이에 따라, 후속되는 패터닝 과정에서 마스크 패턴의 모서리 등이 정전기 현상에 의해 떨어져나가는 패턴 불량 또는 마스크 결함의 발생을 억제할 수 있다. When the
도 3을 참조하면, 투명 기판(310), 예컨대, 석영 기판 상에 광흡수층(330), 예컨대, 크롬(Cr)층을 형성하고, 이를 패터닝하기 위한 식각마스크를 형성하기 위해서 레지스트층(350)을 형성한다. 이때, 광흡수층(330)은, 형성하고자하는 포토마스크의 종류에 따라, 크롬층과 같이 광흡수율이 상대적으로 높은 광차단층이나, 또는 위상시프트층 또는 하프톤층을 의미할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서의 포토마스크는 바이너리(binary) 마스크나 위상시프트마스크(PSM) 또는 하프톤PSM일 수 있다. Referring to FIG. 3, a
도 4를 참조하면, 도 2에 제시된 바와 같이 설정된 마스크 레이아웃(210)을 전자빔 노광을 이용하여 레지스트층(350)에 전사한다. 이에 따라, 광투과영역(220)에 해당되는 제1부분(352) 뿐만 아니라, 분할 스페이스패턴(240)에 해당되는 제2부분(354) 또한 전자빔 노광되게 된다. 이후에, 노광된 레지스트층(350)을 현상하여 레지스트 패턴을 형성한다. 즉, 전자빔 노광된 제1 및 제2부분(352, 354) 부분이 선택적으로 현상 제거된다. Referring to FIG. 4, the
도 5를 참조하면, 전자빔 노광 및 현상에 의해 형성된 레지스트 패턴에 노출된 광흡수층(330)을 선택적으로 식각하여, 광흡수층 패턴, 즉, 마스크패턴(332)을 형성한다. 이때, 마스크패턴(332)은 도 2의 레이아웃의 광흡수영역(230)에 해당되는 패턴이며, 이격부분(334)은 분할 스페이스패턴(240)에 해당되는 영역으로 이해 될 수 있다. 대면적 패턴으로 설계된 광흡수영역(230)이, 상호간에 이격된 다수의 이격부분(334)들에 의해 분할된 마스크패턴(332)들로 구성된다. Referring to FIG. 5, the
본 발명의 실시예에서와 같이 마스크패턴(332)들이 보다 작은 면적의 작은 패턴(도 2의 231)에 대응되게 형성되므로, 전자빔 노광 과정에서 전자 등의 축전이 집중되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 마스크패턴(332)의 면적이 보다 큰 대면적 패턴으로 설정된 광흡수영역(230)에 비해 작으므로, 개개의 마스크패턴(332)에 축전 대전된 전하의 양은 상대적으로 감소되게 된다. 따라서, 식각 과정에서 대전된 전하에 의한 정전기 발생 현상을 억제 또는 방지할 수 있다. 이에 따라, 대면적으로 설정된 패턴을 구현할 때, 모서리나 가장자리 부분이 식각 시 떨어져나가는 원하지 않는 불량 또는 결함 발생을 억제할 수 있다. As in the exemplary embodiment of the present invention, since the
한편, 도 2의 레이아웃(210)에서 분할 스페이스패턴(240)의 선폭을 스캐터링 스페이스(scattering space) 패턴으로 설정함으로써, 실제 분할 스페이스패턴(240)이 웨이퍼 상으로 구현되는 것을 배제할 수 있다. 이는 스캐터링 스페이스로 분할 스페이스패턴(240)을 삽입한 도 2의 레이아웃을 이용하여 노광 시뮬레이션한 결과인 도 6의 그래프(610)로 확인할 수 있다. Meanwhile, by setting the line width of the
도 6을 참조하면, 노광 시 실제 웨이퍼 상으로 전달되는 광의 세기는, 광흡수영역(230)에 대응되는 부분(613)에서 전반적으로 매우 낮아진 상태로 측정되고, 광투과영역(220)에 대응되는 부분(611)에서는 전반적으로 매우 높은 상태로 측정된다. 분할 스페이스패턴(240) 부분에 대응하는 그래프 부분(615)에서는 약간의 광 세기 피크(peak)가 검출될 수 있으마, 그 세기는 매우 낮은 상태이어서 실제 웨이 퍼 상에 실제 패턴을 구현할 정도, 즉, 노광이 발생할 정도의 세기로 판단되기 어렵다. 따라서, 분할 스페이스패턴(240)의 도입에도 불구하고, 실제 웨이퍼 상에는 분할된 패턴들이 밀집된 형태가 아닌, 하나의 대면적 패턴이 구현되는 것으로 이해될 수 있다. Referring to FIG. 6, the intensity of light transmitted onto the actual wafer during exposure is measured to be very low overall in the
상술한 본 발명에 따르면, 웨이퍼 상에 대면적 패턴으로 구현되는 광흡수영역을 다수의 분할 스페이스패턴들로 분할하여, 대면적 패턴에 대응되는 마스크패턴을 분할된 작은 패턴들의 그룹(group) 또는 밀집체로 형성할 수 있다. 이에 따라, 마스크패턴의 식각을 위한 전자빔 노광 시 수반될 수 있는 전자 대전 현상을, 구현되는 패턴의 면적을 크게 줄임으로써 완화 또는 억제, 배제시킬 수 있다. 따라서, 보다 정교한 모서리 프로파일(profile)을 가지는 대면적의 패턴을 웨이퍼 상으로 전사할 수 있는 포토마스크를 제공할 수 있다. According to the present invention described above, by dividing the light absorption region implemented in a large area pattern on the wafer into a plurality of divided space patterns, a mask pattern corresponding to the large area pattern is divided or grouped into small groups. Can be formed into a sieve. Accordingly, the electronic charging phenomenon that may be involved in the electron beam exposure for etching the mask pattern may be alleviated, suppressed or excluded by greatly reducing the area of the pattern to be realized. Thus, it is possible to provide a photomask capable of transferring a large area pattern having a more sophisticated edge profile onto the wafer.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것으로 해석되어지는 것은 바람직하지 않다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능한 것으로 이해될 수 있다. As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the specific Example, it is not preferable that this invention is interpreted as limited to this. Embodiments of the invention are preferably to be interpreted as being provided to those skilled in the art to more fully describe the invention. In addition, it can be understood that the present invention can be modified or improved by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.
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