CN105527701B - 大视场投影光刻物镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种大视场投影光刻物镜,采用三种高透材料制成的四组透镜组能够达到2倍放大倍率且视场大的物镜,并且像质量更佳,尤其是波差和像散畸变,此外,采用易加工、成本更低的高透材料,在大幅度提高透过率的同时降低成本。

Description

大视场投影光刻物镜
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,尤其涉及一种大视场投影光刻物镜。
背景技术
目前在半导体加工技术领域,微米级分辨率,高产率的投影光学系统需求日益增加。步进式光刻设备为了获得更高产率,通常可以采用大的曝光视场来实现,例如,以下专利均实现了大的曝光视场。
日本专利JP2006267383公开了一种1.25x放大倍率光刻投影物镜。使用曝光波长为I线,带宽为+/-3nm,半视场为93.5mm。日本专利JP2007079015公开了另一种1.25x放大倍率投影物镜,该物镜使用曝光波长也为I线,带宽为+/-1.5nm,半视场也为93.5mm。这两个专利都采用了大的曝光视场来实现产率的提高,而NA(数值孔径,Numerical Aperture)不大。
由于越来越需要更高的分辨率的要求,这样NA也随着增大,同时为了配合掩模尺寸,要求有不同的倍率,例如美国专利US6084723公开了另一种0.4x放大倍率投影物镜,该物镜使用曝光波长也为I线,物方视场为129.75mm,NA=0.3,如图1,该专利不仅NA比较大,对提高照度有很大的优势,但是该镜头为缩小镜头,在像面的视场为129.75/2.5=51.9。
考虑到在LCD光刻机领域大曝光视场设计通常占有优势,保证一定的NA,同时为了配合掩模尺寸,很多光学系统采用大于1倍甚至接近2倍放大倍率的投影物镜,综合上述背景技术及实际使用需求需要设计一种2倍、半视场为100mm的投影光刻物镜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大视场投影光刻物镜,采用易加工、成本更低的高透材料,在大幅度提高透过率的同时降低成本。
为了实现上述目的,本发明提出了一种大视场投影光刻物镜,包括:由依次排列的四组透镜组构成,分别为第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3及第四透镜组G4,其中,第二透镜组G2用于校正球差和色差,第三透镜组G3用于校正像散和场曲,第四透镜组G4用于校正倍率,四组透镜组的透镜采用I线折射率大于1.56且阿贝数小于45的第一种材料、I线折射率小于1.55且阿贝数大于62的第二种材料或I线折射率小于1.55且阿贝数小于70的第三种材料,且每组透镜组中至少一片透镜采用所述第一种材料或第二种材料。
进一步的,所述第一透镜组G1由四片透镜构成,光焦度分别为正、负、正和正。
进一步的,所述第一透镜组G1满足1.03<|fel_max/fG1|<1.77,其中,fel_max为第一透镜组G1内光焦度最大的透镜的焦距,fG1为第一透镜组G1的焦距。
进一步的,所述第二透镜组G2由七片透镜构成,光焦度依次为正、负、正、正、正、负和负。
进一步的,所述第一透镜组G1和第二透镜组G2满足0.6<|fG2/fG1|<2.4,其中,fG1为第一透镜组G1的焦距,fG2为第二透镜组G2的焦距。
进一步的,所述第二透镜组G2至少包含两对相邻的正负透镜组合,所述第二透镜组G2包含一子透镜组G20,所述第一子透镜组G20由三片透镜组成,分别为第五透镜L5、第六透镜L6及第七透镜L7,用于校正球差和色差。
进一步的,所述第五透镜L5、第六透镜L6及第七透镜L7之间的空气间隙小于1.5mm。
进一步的,所述第一子透镜组G20满足1200mm<fG20<2200mm,f6=-1.62f7=-2.11f5,且满足3.2<|fG20/fG2|<4.14,其中,fG20为第一子透镜组G20的焦距,f5、f6、f7分别为第五透镜L5、第六透镜L6及第七透镜L7的焦距,fG2为第二透镜组G2的焦距。
进一步的,所述第二透镜组G2内至少包含一组凹面相同的透镜。
进一步的,所述第三透镜组G3由9片透镜构成,光焦度依次为负、负、正、负、正、负、正、正和负。
进一步的,所述第三透镜组G3还包括一对弯月式透镜,而且方向相反。
进一步的,所述第三透镜组G3包含第二子透镜组G30和第三子透镜组G31,所述第二子透镜组G30和第三子透镜组G31的光焦度均为负,所述第二子透镜组G30内至少包括一组凹面相对的透镜和两个位置相邻且光焦度正负透镜组合。
进一步的,所述第二透镜组G2和第三透镜组G3满足0.6<|fG3/fG2|<2.2、0.5<|fG30/fG3|<2.8、1<|fG30/fG31|<1.45和0.91<|VG3正/VG3负|<1.7,其中,fG30为第二子透镜组G30的焦距,fG31为第三子透镜组G31的焦距,VG3正和VG3负分别为第三透镜组G3内部相邻的一个正透镜和负透镜的阿贝数。
进一步的,所述第二子透镜组G30依次包括第十四透镜L14、第十五透镜L15和第十六透镜L16,所述第十五透镜L15和第十六透镜L16满足fL5<fL6,且第十五透镜L15弯向光阑,且第十四透镜L14和第十五透镜L15之间空气间隔大于1.5mm小于2.5mm,第十五透镜L15和第十六透镜L16之间空气间隔大于1.5mm小于2.5mm。
进一步的,所述第四透镜组G4由8片透镜构成,光焦度依次为负、负、负、正、负、正、正和负。
进一步的,所述第四透镜组G4内至少包含一片弯月式透镜、双凹透镜及一对正负透镜组合,所述弯月式透镜的凹面面向物面。
进一步的,所述第四透镜组G4包含第四子透镜组G40,所述第四子透镜组G40光焦度为正,至少包含两个位置相邻且光焦度为负的透镜。
进一步的,所述第三透镜组G3和第四透镜组G4满足0.92<|fG4/fG3|<4.6和0.8<|VG40/VG4|<1.13,其中,fG4为第四透镜组G4的焦距,VG40和VG4分别为第四子透镜组G40和第四透镜组G4的阿贝数。
进一步的,所述第四透镜组G4包括第二十四透镜L24,其满足0<fL24<fG4和0.84<fL24/fG4<1。
进一步的,所述大视场投影光刻物镜包括四个透镜,分别是第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二透镜L12和第十三透镜L13,其材料的阿贝数满足VL10=VL11=VL12=VL13<65。
进一步的,所述第一种材料为SFS15Y,所述第二种材料为BS17Y,所述第三种材料为BAL35Y。
与现有技术相比,本发明的有益效果主要体现在:采用三种高透材料制成的四组透镜组能够达到2倍放大倍率且视场大的物镜,并且像质量更佳,尤其是波差和像散畸变,此外,采用易加工、成本更低的高透材料,在大幅度提高透过率的同时降低成本。
附图说明
图1为现有技术中0.4x放大倍率投影物镜的结构示意图;
图2为本发明一实施例中大视场投影光刻物镜的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的大视场投影光刻物镜进行更详细的描述,其中表示了本发明的优选实施例,应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明,而仍然实现本发明的有利效果。因此,下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道,而并不作为对本发明的限制。
为了清楚,不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中,不详细描述公知的功能和结构,因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中,必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标,例如按照有关系统或有关商业的限制,由一个实施例改变为另一个实施例。另外,应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的,但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图2,在本实施例中,提出了一种大视场投影光刻物镜,包括:由依次排列的四组透镜组构成,分别为第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3及第四透镜组G4,其中,第二透镜组G2用于校正球差和色差,第三透镜组G3用于校正像散和场曲,第四透镜组G4用于校正倍率,四组透镜组的透镜采用I线折射率大于1.56且阿贝数小于45的第一种材料、I线折射率小于1.55且阿贝数大于62的第二种材料或I线折射率小于1.55且阿贝数小于70的第三种材料,且每组透镜组中至少一片透镜采用所述第一种材料或第二种材料。
具体的,在实施例中,所述大视场投影光刻物镜的镜片数量为28片,依次为第一透镜L1、第二透镜L2……第二十七透镜L27和第二十八透镜L28,如图2所示。其中,所有镜片的参数要求如表1所示:
表1
所述大视场投影光刻物镜内的28片透镜全部为球面,分为第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3及第四透镜组G4。
所述第一透镜组G1由四片透镜构成,即第一透镜L1至第四透镜L4,其光焦度分别为正、负、正和正;所述第一透镜组G1满足1.03<|fel_max/fG1|<1.77,其中,fel_max为第一透镜组G1内光焦度最大的透镜的焦距,fG1为第一透镜组G1的焦距。
所述第一透镜L1为平凸透镜,第二透镜L2为双凹面透镜,第三透镜L3和第四透镜L4为平凸透镜。第一透镜L1、第三透镜L3由高折射率材料低阿贝数的第一种材料构成,第二透镜L2和第四透镜L4由低折射率高阿贝数材料构成。
所述第二透镜组G2由七片透镜构成,分别为第五透镜L5至第十一透镜L11,其光焦度依次为正、负、正、正、正、负、负。所述第二透镜组G2至少包含两对相邻的正负透镜组合,第二透镜组G2包含一子透镜组G20,在本实施例中,其由三第五透镜L5、第六透镜L6及第七透镜L7组成,该组合主要用于校正球差和色差,且第二透镜组G2内至少包含一组凹面相同透镜。
所述第一透镜组G1和第二透镜组G2满足0.6<|fG2/fG1|<2.4,其中,fG1为第一透镜组G1的焦距,fG2为第二透镜组G2的焦距。所述第五透镜L5、第六透镜L6及第七透镜L7之间的空气间隙小于1.5mm。所述第一子透镜组G20满足1200mm<fG20<2200mm,f6=-1.62f7=-2.11f5,f6<0,0<f7,0<f5,且满足3.2<|fG20/fG2|<4.14,并且相邻透镜的间距满足小于0.1mm大于3mm,其中,fG20为第一子透镜组G20的焦距,f5、f6、f7分别为第五透镜L5、第六透镜L6及第七透镜L7的焦距,fG2为第二透镜组G2的焦距,第六透镜L6作用是校正球差。
其中,所述第五透镜L5、第七透镜L7、第九透镜L9为双凸式正透镜,第六透镜L6为负透镜,第八透镜L8为平凸透镜,第十透镜L10为平凹面,第十一透镜L11为弯月透镜,并且弯向光阑,第六透镜L6由高折射率低阿贝数的第一种材料构成,第五透镜L5、第七透镜L7、第八透镜L8和第九透镜L9由低折射率高阿贝数的第二种材料构成,第十透镜L10、第十一透镜L11由低折射率高阿贝数的第三种材料构成。
所述第三透镜组G3由9片透镜构成,分别为第十二透镜L12至第二十透镜L20,其光焦度依次为负、负、正、负、正、负、正、正和负。所述第三透镜组G3还包括一对弯月式透镜,而且方向相反。所述第三透镜组G3包含第二子透镜组G30和第三子透镜组G31,所述第二子透镜组G30由第十二透镜L12至第十六透镜L16组成,所述第三子透镜组G31由第十七透镜L17至第二十透镜L20组成,所述第二子透镜组G30和第三子透镜组G31的光焦度均为负,所述第二子透镜组G30内至少包括一组凹面相对的透镜和两个位置相邻且光焦度正负透镜组合。
所述第二透镜组G2和第三透镜组G3满足0.6<|fG3/fG2|<2.2、0.5<|fG30/fG3|<2.8、1<|fG30/fG31|<1.45和0.91<|VG3正/VG3负|<1.7,其中,fG30为第二子透镜组G30的焦距,fG31为第三子透镜组G31的焦距,VG3正和VG3负分别为第三透镜组G3内部相邻的一个正透镜和负透镜的阿贝数。所述第二子透镜组G30依次包括第十四透镜L14、第十五透镜L15和第十六透镜L16,所述第十五透镜L15和第十六透镜L16满足fL5<fL6,且第十五透镜L15弯向光阑,且第十四透镜L14和第十五透镜L15之间空气间隔大于1.5mm小于2.5mm,第十五透镜L15和第十六透镜L16之间空气间隔大于1.5mm小于2.5mm,第十五透镜L15和第十六透镜L16透镜作用是将从第二透镜组G2出射的光线逐步压缩,从而对像散和场曲的校正有益。
其中,所述第十四透镜L14、第十六透镜L16、第十九透镜L19、第二十透镜L20为正光焦度,第十二透镜L12、第十三透镜L13、第十五透镜L15、第十七透镜L17、第二十透镜L20为负光焦度。第十二透镜L12为双凹透镜,第十三透镜L13为平凹透镜,并且凹面向光阑,第十五透镜L 15为弯月式透镜,弯向光阑。第十六透镜L16为平凸透镜,第十七透镜L17为弯月式透镜,弯像像面,第十九透镜L19、第二十透镜L20为正负透镜组合。第十二透镜L12、第十三透镜L13、第十五透镜L15、第十七透镜L17全部为第三种材料,第二十透镜L20为第一种材料,其他均为第二种材料。
所述第四透镜组G4由8片透镜构成,分别为第二十一透镜L21至第二十八透镜L28,其光焦度依次为负、负、负、正、负、正、正和负。所述第四透镜组G4内至少包含一片弯月式透镜、双凹透镜及一对正负透镜组合,所述弯月式透镜的凹面面向物面。所述第四透镜组G4包含第四子透镜组G40,所述第四子透镜组G40由第二十四透镜L24至第二十八透镜L28组成,所述第四子透镜组G40光焦度为正,至少包含两个位置相邻且光焦度为负的透镜。
所述第三透镜组G3和第四透镜组G4满足0.92<|fG4/fG3|<4.6和0.8<|VG40/VG4|<1.13,其中,fG4为第四透镜组G4的焦距,VG40和VG4分别为第四子透镜组G40和第四透镜组G4的阿贝数。所述第四透镜组G4包括第二十四透镜L24,其满足0<fL24<fG4和0.84<fL24/fG4<1,第二十四透镜L24作用是校正倍率。
在本实施例中,所述大视场投影光刻物镜包括四个透镜,分别是第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二透镜L12和第十三透镜L13,其材料的阿贝数满足VL10=V L11=V L12=V L13<65,四个透镜的目的是降低温度对焦面的影响。
第二十四透镜L24、第二十六透镜L26、第二十七透镜L27为正光焦度,其他均为负光焦度,第二十一透镜L21、第二十二透镜L22、第二十三透镜L 23、第二十四透镜L24由第二种材料构成,第二十六透镜L26、第二十七透镜L27、第二十八透镜L28由第一种材料构成。
表2给出了本实例大视场投影光刻物镜的具体设计值,负的半径值代表曲率中心在表面的左边,即靠近像面的一端,正的半径值表示曲率中心在表面的右边,即远离像面的一端。光学元件厚度或两个光学元件之间的间隔是到下一个表面的轴上距离。所有尺寸单位都是毫米。
经过测试,本实施例提出的大视场投影光刻物镜的畸变和像散均良好,且光线像差曲线可以进一步表明本实施例提出的大视场投影光刻物镜的像质校正情况较好,实现了I线+/-5nm内的良好像质。
现有技术US6084723主要采用了BSL7Y\PBM2Y\BAL35Y\SIO2材料,I线透过系数0.986-0.999。与现有技术US6084723相比,本发明采用均采用了3种高透材料(SFSl5Y\BSL7Y\BAL35Y),I线透过系数0.998-0.999,根据镜片透过率=(I线透过系数)*(厚度/10)计算出过率,可见本发明提高了20%的透过率,并且现有技术US6084723PBM2Y\BAL35Y在口径大的情况下加工难度更大,而本发明则加工更容易。
此外,与现有技术US6084723相比,本发明通过材料组合,采用材料热折射变系数更小或者正负之间组合及结构调整(光阑位置及附近材料的组合),降低温度对焦面的敏感性,通过实际仿真分析,现有技术焦面的敏感性为50um/k,而本申请为28um/k,现有技术倍率敏感度为7.2ppm/k,而本申请为1.5um/k。并且,本发明像质量更好,尤其是波差、像散畸变,由于实际加工、装调中,像质肯定会下降,为了解决像质变化尽量小问题,还提出了补偿像散、场曲和畸变、倍率的方法。
本实施例中提出的大视场投影光刻物镜只由三种高透过率材料组成,由第一种高折射率材料低阿贝数与两种低折射率高阿贝数材料构成。其中高折射率材料指I线折射率大于1.56的材料,包括I线折射率大于1.56且阿贝数小于45的第一种材料,可以为SFS15Y;其中低折射率材料指I线折射率小于1.55的材料,包括I线折射率小于1.55且阿贝数大于62的第二种材料,可以为BS17Y;以及I线折射率小于1.55且阿贝数小于70的第三种材料,可以为BAL35Y。
优选的,所述第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3及第四透镜组G4都包含至少一片镜片由第一材料或第二种材料构成,并且第一透镜组G1由2种高折射率材料和2种低折射率材料组成,第二透镜组G2至少由2种高折射率材料,第一子透镜组G20由第一材料和第二种材料构成,第四子透镜组G40由第一种材料构成。其中,光阑附近4个透镜均由高折射率材料组成。
综上,在本发明实施例提供的大视场投影光刻物镜中,采用三种高透材料制成的四组透镜组能够达到2倍放大倍率且视场大的物镜,并且像质量更佳,尤其是波差和像散畸变,此外,采用易加工、成本更低的高透材料,在大幅度提高透过率的同时降低成本。
上述仅为本发明的优选实施例而已,并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员,在不脱离本发明的技术方案的范围内,对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动,均属未脱离本发明的技术方案的内容,仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种大视场投影光刻物镜,包括:由依次排列的四组透镜组构成,分别为第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3及第四透镜组G4,其中,第二透镜组G2用于校正球差和色差,第三透镜组G3用于校正像散和场曲,第四透镜组G4用于校正倍率,四组透镜组的透镜采用I线折射率大于1.56且阿贝数小于45的第一种材料、I线折射率小于1.55且阿贝数大于62的第二种材料或I线折射率小于1.55且阿贝数小于70的第三种材料,且每组透镜组中至少一片透镜采用所述第一种材料或第二种材料;所述第一透镜组G1由四片透镜构成,光焦度分别为正、负、正和正。
2.如权利要求1所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第一透镜组G1满足1.03<|fel_max/fG1|<1.77,其中,fel_max为第一透镜组G1内光焦度最大的透镜的焦距,fG1为第一透镜组G1的焦距。
3.如权利要求2所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第二透镜组G2由七片透镜构成,光焦度依次为正、负、正、正、正、负和负。
4.如权利要求3所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第一透镜组G1和第二透镜组G2满足0.6<|fG2/fG1|<2.4,其中,fG1为第一透镜组G1的焦距,fG2为第二透镜组G2的焦距。
5.如权利要求4所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第二透镜组G2至少包含两对相邻的正负透镜组合,所述第二透镜组G2包含第一子透镜组G20,所述第一子透镜组G20由三片透镜组成,分别为第五透镜L5、第六透镜L6及第七透镜L7,用于校正球差和色差。
6.如权利要求5所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第五透镜L5、第六透镜L6及第七透镜L7之间的空气间隙小于1.5mm。
7.如权利要求6所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第一子透镜组G20满足1200mm<fG20<2200mm,f6=-1.62f7=-2.11f5,f6<0,0<f7,0<f5,且满足3.2<|fG20/fG2|<4.14,并且相邻透镜的间距满足小于0.1mm大于3mm,其中,fG20为第一子透镜组G20的焦距,f5、f6、f7分别为第五透镜L5、第六透镜L6及第七透镜L7的焦距,fG2为第二透镜组G2的焦距。
8.如权利要求3所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第二透镜组G2内至少包含一组凹面相同的透镜。
9.如权利要求4所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第三透镜组G3由9片透镜构成,光焦度依次为负、负、正、负、正、负、正、正和负。
10.如权利要求9所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第三透镜组G3还包括一对弯月式透镜,而且方向相反。
11.如权利要求10所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第三透镜组G3包含第二子透镜组G30和第三子透镜组G31,所述第二子透镜组G30和第三子透镜组G31的光焦度均为负,所述第二子透镜组G30内至少包括一组凹面相对的透镜和两个位置相邻且光焦度正负透镜组合。
12.如权利要求11所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第二透镜组G2和第三透镜组G3满足0.6<|fG3/fG2|<2.2、0.5<|fG30/fG3|<2.8、1<|fG30/fG31|<1.45和0.91<|VG3正/VG3负|<1.7,其中,fG30为第二子透镜组G30的焦距,fG31为第三子透镜组G31的焦距,VG3正和VG3负分别为第三透镜组G3内部相邻的一个正透镜和负透镜的阿贝数。
13.如权利要求11所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第二子透镜组G30依次包括第十四透镜L14、第十五透镜L15和第十六透镜L16,所述第十五透镜L15和第十六透镜L16满足fL5<fL6,且第十五透镜L15弯向光阑,且第十四透镜L14和第十五透镜L15之间空气间隔大于1.5mm小于2.5mm,第十五透镜L15和第十六透镜L16之间空气间隔大于1.5mm小于2.5mm。
14.如权利要求12所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第四透镜组G4由8片透镜构成,光焦度依次为负、负、负、正、负、正、正和负。
15.如权利要求14所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第四透镜组G4内至少包含一片弯月式透镜、双凹透镜及一对正负透镜组合,所述弯月式透镜的凹面面向物面。
16.如权利要求15所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第四透镜组G4包含第四子透镜组G40,所述第四子透镜组G40光焦度为正,至少包含两个位置相邻且光焦度为负的透镜。
17.如权利要求16所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第三透镜组G3和第四透镜组G4满足0.92<|fG4/fG3|<4.6和0.8<|VG40/VG4|<1.13,其中,fG4为第四透镜组G4的焦距,VG40和VG4分别为第四子透镜组G40和第四透镜组G4的阿贝数。
18.如权利要求17所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第四透镜组G4包括第二十四透镜L24,其满足0<fL24<fG4和0.84<fL24/fG4<1。
19.如权利要求1所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述大视场投影光刻物镜包括四个透镜,分别是第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二透镜L12和第十三透镜L13,其材料的阿贝数满足VL10=VL11=VL12=VL13<65。
20.如权利要求1所述的大视场投影光刻物镜,其特征在于,所述第一种材料为SFSL5Y,所述第二种材料为BSL17Y,所述第三种材料为BAL35Y。
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