CN114318305A - 晶圆薄膜沉积装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆薄膜沉积装置，包括：本体；加热腔体，设置在所述本体表面；加热盘，安装在所述本体表面，并位于所述加热腔体内部，用于对所述晶圆进行加热；环形件，设置在所述加热盘上表面；其中，所述环形件的内壁包括上下连接的支撑面和边缘面，所述边缘面所在平面与所述支撑面所在平面之间的不超过90°的夹角为第一斜坡倾角，所述第一斜坡倾角的角度大于或等于第一阈值角度，所述第一斜坡倾角的角度小于或等于第二阈值角度，所述第一阈值角度和所述第二阈值角度均位于0°至90°之间，且所述第一阈值角度小于所述第二阈值角度。本发明能够有效提高晶圆沉积薄膜的均匀性，满足不同的制备需求。

Description

晶圆薄膜沉积装置

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种晶圆薄膜沉积装置。

背景技术

晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。

化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)是指借助微波或射频等使含有薄膜成分原子的气体电离，在局部形成等离子体，在基片上沉积出所期望的薄膜。其实验机理是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，从而在基片上沉积出所期望的薄膜。

但是现有PECVD技术沉积薄膜时，存在薄膜边缘厚度与中心厚度相差较大的问题，且工艺参数对其影响不显著。

因此，有必要提供一种新型的晶圆薄膜沉积装置以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆薄膜沉积装置，有效提高晶圆沉积薄膜的均匀性，满足不同的制备需求。

为实现上述目的，本发明的所述一种晶圆薄膜沉积装置，包括：

本体；

加热腔体，设置在所述本体表面；

加热盘，安装在所述本体表面，并位于所述加热腔体内部，用于对所述晶圆进行加热；

环形件，设置在所述加热盘上表面；

其中，所述环形件的内壁包括上下连接的支撑面和边缘面，所述边缘面所在平面与所述支撑面所在平面之间不超过90°的夹角为第一斜坡倾角，所述第一斜坡倾角的角度大于或等于第一阈值角度，所述第一斜坡倾角的角度小于或等于第二阈值角度，所述第一阈值角度和所述第二阈值角度均位于0°至90°之间，且所述第一阈值角度小于所述第二阈值角度。

本发明所述的晶圆薄膜沉积装置的有益效果在于：通过将环形件的第一倾角的角度设置为小于预设阈值角度，由于环形件作为晶圆的承载部件，从而改变在整装置在沉积薄膜时边缘等离子场和热辐射效应，在制备薄膜的时候避免出现薄膜中心区域和边缘区域厚度不均匀的情况，不仅优化了薄膜的均匀性，而且能够满足制备特定形貌需求的薄膜。

可选的，所述第一阈值角度为28.5°，所述第二阈值角度为90°。

可选的，所述边缘面表面包括上下依次连接的第一斜面和第二斜面，所述第一斜面与水平面之间形成的钝角夹角为第一倾角，所述第二斜面与水平面之间形成的钝角夹角为第二倾角，所述第一倾角大于所述第二倾角。其有益效果在于：通过上下依次设置的第一斜面和第二斜面，由于第一倾角大于第二倾角，则第一斜面与水平面形成的锐角小于第二斜面与水平面形成的锐角，从而进一步减小整个陶瓷环的斜面环的斜坡倾角，以满足进一步优化边缘部分薄膜的厚度均匀性。

可选的，所述边缘面的顶端与所述支撑面所在平面之间的距离为第一边缘高度，所述第一边缘高度大于第一高度阈值。其有益效果在于：通过将环形件的第一边缘高度设置大于预设阈值高度，从而使得晶圆边缘部分的等离子场相对密度更大，使得在沉积薄膜的时候，使得晶圆中心区域和边缘区域的沉积厚度更加均匀

可选的，所述边缘面的表面包括若干个第一连接弧面，所述第一连接弧面的端部与相邻的所述第一连接弧面的端部连接在一起。

可选的，所述边缘面表面还包括若干个第一倾斜面，相邻的第一连接弧面的端部之间通过第一倾斜面连接在一起。

可选的，位于最底端的所述第一连接弧面的顶端所在高度低于待加热的晶圆的边缘底端的高度。

可选的，所述环形件覆盖所述加热盘边缘所在区域。

可选的，所述环形件的数量为若干个，每一个所述环形件分布设置在所述加热盘上表面，且所述环形件覆盖待加热的晶圆的边缘区域。

可选的，还包括若干个设置在所述加热盘表面的陶瓷环，所述陶瓷环包括上下连接的斜面环和承载环，所述斜面环内壁所在平面与水平面之间形成不超过90°的夹角为第二斜坡倾角，所述第二斜坡倾角的角度大于或等于第三阈值角度，所述第二斜坡倾角的角度小于或等于第四阈值角度，所述第三阈值角度和所述第四阈值角度均位于0°至90°之间，且所述第三阈值角度小于所述第四阈值角度。其有益效果在于：进一步改变在整装置在沉积薄膜时边缘等离子场和热辐射效应，在制备薄膜的时候避免出现薄膜中心区域和边缘区域厚度不均匀的情况，不仅优化了薄膜的均匀性，而且能够满足制备特定形貌需求的薄膜。

可选的，所述第三阈值角度为28.5°，所述第四阈值角度为90°。

可选的，所述斜面环表面包括上下依次连接的第三斜面和第四斜面，所述第三斜面与水平面之间形成的钝角夹角为第三倾角，所述第四斜面与水平面之间形成的钝角夹角为第四倾角，所述第三倾角大于所述第四倾角。

可选的，所述斜面环包括若干个第二连接弧面，所述第二连接弧面的端部与相邻的所述第二连接弧面的端部连接在一起。

可选的，所述斜面环和所述承载环所在平面之间的垂直距离为第二边缘高度，所述第二边缘高度大于第二高度阈值，所述第二高度阈值为200um至700um。

可选的，位于最底端的所述第二连接弧面的顶端所在高度低于待加热的晶圆的边缘底端的高度。

可选的，所述斜面环表面还包括若干个第二倾斜面，相邻的第二连接弧面的端部之间通过第二倾斜面连接在一起。

附图说明

图1为本发明实施例所述晶圆薄膜沉积装置的的第一种结构示意图；

图2为本发明实施例所述晶圆薄膜沉积装置在环形件的斜坡倾角分别为28.5°、45°、60°、75°和90°时沉积的薄膜厚度示意图；

图3为本发明实施例所述晶圆薄膜沉积装置的环形件的边缘面的结构示意图；

图4为本发明实施例所述晶圆薄膜沉积装置的环形件的边缘面包括第一连接弧面时的示意图；

图5为本发明实施例所述晶圆薄膜沉积装置的环形件的边缘面包括第一连接弧面和第一倾斜面时的结构示意图；

图6为本发明实施例所述晶圆薄膜沉积装置的的第二种结构示意图；

图7为本发明实施例所述晶圆薄膜沉积装置的第三种结构示意图；

图8为本发明实施例图4中所述晶圆薄膜沉积装置的俯视结构示意图；

图9为本发明实施例所述晶圆薄膜沉积装置的斜面环的第一种结构示意图；

图10为本发明实施例所述晶圆薄膜沉积装置的斜面环的第二种结构示意图；

图11为本发明实施例所述晶圆薄膜沉积装置的斜面环的第三种结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种晶圆薄膜沉积装置，图1为本发明实施例所述晶圆薄膜沉积装置的整体结构示意图，参照图1，所述晶圆薄膜沉积装置包括：

本体1；

加热腔体2，设置在所述本体1表面；

加热盘3，安装在所述本体1表面，并位于所述加热腔体2内部，用于对所述晶圆进行加热；

环形件5，设置在所述加热盘3上表面；

其中，所述环形件5的内壁包括上下连接的支撑面501和边缘面502，所述边缘面501所在平面与所述支撑面502所在平面之间不超过90°的夹角为第一斜坡倾角，所述第一斜坡倾角的角度大于或等于第一阈值角度，所述第一斜坡倾角的角度小于或等于第二阈值角度，所述第一阈值角度和所述第二阈值角度均位于0°至90°之间，且所述第一阈值角度小于所述第二阈值角度。

在上述晶圆薄膜沉积装置中，通过设置在本体1表面的加热盘3对加热腔体2内部的晶圆进行加热，以便于完成薄膜的化学气相沉积，在沉积过程中，当沉积的等离子气体进入到加热腔体2内部之后，由于环形件5表面的支撑面501和边缘面502之间的第一斜坡倾角的角度大于或等于第一阈值角度，所述第一斜坡倾角的角度小于或等于第二阈值角度，从而在气相沉积的时候，改变被环形件5包裹的晶圆边缘部分的等离子场相对密度以及热辐射效应，从而在晶圆表面沉积薄膜的时候，使得晶圆表面沉积的薄膜在边缘部分的厚度和中心区域的厚度相同，优化薄膜均匀性，为工艺调整提供灵活性，而且硬件变动较小，成本很低。

待沉积的薄膜包括氮化硅或者氧化硅，也可以为其它薄膜，此处不作限制。

具体的，在本实施例中，所述环形件5采用陶瓷环状结构，在沉积氮化硅SiN薄膜或者氧化硅SiO薄膜的时候，通过设计环形件5的斜坡倾角小于预设阈值角度，在沉积过程中，使得晶圆边缘部分的薄膜厚度与中心区域的薄膜厚度接近，从而优化沉积的薄膜的厚度均匀性，有效减少沉积的薄膜出现厚度不均匀的问题。

在一些实施例中，所述晶圆薄膜沉积装置用于对较大尺寸的晶圆进行加热沉积处理，所述环形件5并覆盖所述加热盘3边缘所在区域，以提高加热盘3对晶圆的加热效果，以提高薄膜的沉积效果。

在一些实施例中，所述第一阈值角度为28.5°，所述第二阈值角度为90°。

具体的，第一斜坡倾角为28.5°时，此时在晶圆边缘处的等离子场的相对密度最大，此时沉积的厚度最大，从而有效减小沉积薄膜边缘区域和中心区域之间的厚度差，以保证沉积的薄膜厚度均匀。

需要说明的是，所述第一斜坡倾角越小，在晶圆边缘处沉积的薄膜厚度越大。

在一些实施例中，所述第一斜坡倾角的范围为30°至75°。

可选的，所述第一斜坡倾角为45°。

又一可选的，所述第一斜坡倾角为60°。

图2为本发明实施例所述晶圆薄膜沉积装置在环形件的第一斜坡倾角分别为28.5°、45°、60°、75°和90°时沉积的薄膜厚度示意图，参照图3，可以确定，随着斜坡倾角变小，在晶圆边缘处沉积的薄膜厚度也越大，从而可以根据不同的需求选择不同的斜坡倾角，以制备要求不同厚度的薄膜。

在一些实施例中，参照图3，所述边缘面502的斜面包括上下依次连接的第一斜面5021和第二斜面5022，所述第一斜面5021与水平面之间形成的钝角夹角为第一倾角，所述第二斜面5022与水平面之间形成的钝角夹角为第二倾角，所述第一倾角大于所述第二倾角。

通过设置第一斜面5021和第二斜面5022组成边缘面502，而且第一倾角大于第二倾角，使得第一斜面5021与水平面形成的锐角小于第二斜面5022与水平面形成的锐角，从而进一步减小整个陶瓷环的边缘面502的斜坡倾角，从而提高后续沉积的薄膜的边缘厚度，以满足进一步优化边缘部分薄膜的厚度均匀性。

在又一些实施例中，参考图4，所述环形件5的边缘面502的顶端与所述支撑面501所在平面之间的距离为第一边缘高度H1，所述第一边缘高度大于第一高度阈值，所述第一高度阈值为200um至700um，通过将环形件5的第一边缘高度设置为大于第一高度阈值，以便于在对多个晶圆表面沉积薄膜的时候，通过提高环形件5的第一边缘高度，使得晶圆表面靠近铝托盘5的边缘区域的薄膜厚度增大，以减小晶圆中心区域薄膜的厚度与边缘区域薄膜的厚度之间的差距，提高晶圆表面沉积薄膜的均匀性。

可选的，所述第一高度阈值为470um。

可选的，在上述基础上，在改变环形件5的第一斜坡倾角的基础上，由于靠近晶圆边缘部分的环形件5的第一边缘高度增大，从而进一步增大位于铝托盘5边缘处的晶圆外边缘的等离子场相对密度，则在沉积薄膜的时候，使得晶圆在靠近环形件5边缘处的薄膜厚度进一步增加，从而进一步增大薄膜的边缘厚度，以使得在晶圆表面沉积的薄膜的厚度均匀，提高薄膜厚度均匀性。

继续参考图4，所述边缘面502的表面包括若干个第一连接弧面5023，所述第一连接弧面5023的端部与相邻的所述第一连接弧面5023的端部连接在一起。具体的，所述第一连接弧面5023的端部与相邻的所述第一连接弧面5023的端部连接在一起，通过将边缘面502划分为多个相互连接的第一连接弧面5023，在保证第一边缘高度大于第一高度阈值的基础上，有效减轻防止晶圆与铝托盘的边缘部分发生的碰撞。

参考图5，所述边缘面502表面还包括若干个第一倾斜面5024，相邻的第一连接弧面5023的端部之间通过第一倾斜面5024连接在一起，以满足边缘面502不同的角度变化和高度变化要求。

在一些实施例中，位于最底端的所述第一连接弧面5023的顶端所在高度低于待加热的晶圆的边缘底端的高度，保证在气相沉积薄膜的时候，第一连接弧面5023不会对沉积作用产生阻挡，保证最终的沉积效果。

在另外一些实施例中，所述晶圆薄膜沉积装置还可以用于对较小尺寸的晶圆进行加热沉积处理，如图6所示，所述环形件6的数量为若干个，每一个所述环形件6分布设置在所述加热盘3上表面，且所述环形件6覆盖待加热的晶圆的边缘区域，以通过环形件6提高整个晶圆薄膜沉积装置对晶圆的沉积效果，减少沉积不均匀的情况出现。

具体的，若干个所述环形件6均匀分布在所述加热盘3表面，以便于在加热盘3上同时对多个晶圆进行加热和薄膜沉积，提高沉积效率。

需要说明的是，对较小尺寸晶圆进行加热沉积处理的晶圆薄膜沉积装置中的环形件6和对较大尺寸晶圆进行加热沉积处理的晶圆薄膜沉积装置中的环形件5之间的结构基本相同，差别仅在于两者的尺寸差异，由于对较大尺寸晶圆进行加热沉积处理的晶圆薄膜沉积装置中的环形件5的结构在前述内容已经描述，故对较小尺寸晶圆进行加热沉积处理的晶圆薄膜沉积装置中的环形件6的结构在此处不再赘述。

在另外一些实施例中，当所述环形件5覆盖所述加热盘3边缘所在区域，时，参考图7和图8，所述装置还包括若干个设置在所述加热盘3表面的陶瓷环4，以对小尺寸的晶圆进行处理，所述陶瓷环4包括上下连接的斜面环402和承载环401，所述斜面环402内壁所在平面与水平面之间形成的不超过90°的夹角为第二斜坡倾角，所述第二斜坡倾角的角度大于或等于第一阈值角度，所述第二斜坡倾角的角度小于或等于第二阈值角度，所述第三阈值角度和所述第四阈值角度均位于0°至90°之间，且所述第三阈值角度小于所述第四阈值角度。

在上述基础上，通过在加热盘3上设置多个陶瓷环4对晶圆进行包裹，在进行晶圆薄膜沉积装置中，通过设置在本体1表面的加热盘3对加热腔体2内部的晶圆进行加热，以便于完成薄膜的化学气相沉积，在沉积过程中，当沉积的等离子气体进入到加热腔体2内部之后，由于所述斜面环402内壁所在平面与水平面之间形成的不超过90°的夹角为第二斜坡倾角，而第二斜坡倾角的角度大于或等于第一阈值角度，所述第二斜坡倾角的角度小于或等于第二阈值角度，从而在气相沉积的时候，改变被陶瓷环4包裹的晶圆边缘部分的等离子场相对密度以及热辐射效应，从而在晶圆表面沉积薄膜的时候，使得晶圆表面沉积的薄膜在边缘部分的厚度和中心区域的厚度相同，进一步优化薄膜均匀性，为工艺调整提供灵活性，而且硬件变动较小，成本很低。

在一些实施例中，所述第三阈值角度为28.5°，所述第四阈值角度为90°。

在一些实施例中，所述第二斜坡倾角的范围为30°至75°。

可选的，所述第二斜坡倾角为45°。

又一可选的，所述第二斜坡倾角为60°。

其中，所述陶瓷环4均匀分布在所述加热盘3表面，以充分利用所述加热盘3的加热面积对多个晶圆进行加热处理。

在一些实施例中，参照图9，所述斜面环402包括若干个第二连接弧面4021，相邻的所述第二连接弧面4021之间连接在一起，具体的，所述第二连接弧面4021的端部与相邻的所述第二连接弧面4021的端部连接在一起，通过将斜面环401划分为多个相互连接的第二连接弧面4021，在保证第一边缘高度大于第一高度阈值的基础上，有效减轻防止晶圆与铝托盘的边缘部分发生的碰撞。

在又一些实施例中，参照图9，所述斜面环402表面还包括若干个第二倾斜面4022，相邻的第二连接弧面4021的端部之间通过第二倾斜面4022连接在一起，以满足斜面环402不同的角度变化和高度变化要求。

在一些实施例中，参考图10，所述斜面环402和所述承载环401所在平面之间的垂直距离为第二边缘高度，所述第二边缘高度大于第二高度阈值，所述第二高度阈值为200um至700um。

可选的，所述第二高度阈值为470um。

在另外一些实施例中，参考图11，所述斜面环402表面包括上下依次连接的第三斜面4023和第四斜面4024，所述第三斜面4023与水平面之间形成的钝角夹角为第三倾角，所述第四斜面4024与水平面之间形成的钝角夹角为第四倾角，所述第三倾角大于所述第四倾角。

在一些实施例中，位于最底端的所述第二连接弧面4021的顶端所在高度低于待加热的晶圆的边缘底端的高度，保证在气相沉积薄膜的时候，第二连接弧面4021不会对沉积作用产生阻挡，保证最终的沉积效果。

通过上述的晶圆薄膜沉积装置对晶圆沉积薄膜的过程中，通过减小陶瓷环4的第二斜坡倾角，增大第二边缘高度，并增大环形件5的第一边缘高度，减小第一斜坡倾角，以提高在晶圆边缘处的等离子场相对密度并改变热辐射效应，使得在晶圆表面沉积的薄膜边缘部分的厚度更大，以使得边缘部分薄膜厚度和中心区域的厚度接近，以提高最终沉积薄膜的厚度均匀性，不需要对PECVD设备作出过多调整，提高了整个工艺调整的灵活性，而且改进易于实现，有效降低了成本。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (16)

1.一种晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，包括：

本体；

加热腔体，设置在所述本体表面；

加热盘，安装在所述本体表面，并位于所述加热腔体内部，用于对所述晶圆进行加热；

环形件，设置在所述加热盘上表面；

其中，所述环形件的内壁包括上下连接的支撑面和边缘面，所述边缘面所在平面与所述支撑面所在平面之间不超过90°的夹角为第一斜坡倾角，所述第一斜坡倾角的角度大于或等于第一阈值角度，所述第一斜坡倾角的角度小于或等于第二阈值角度，所述第一阈值角度和所述第二阈值角度均位于0°至90°之间，且所述第一阈值角度小于所述第二阈值角度。

2.根据权利要求1所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，所述第一阈值角度为28.5°，所述第二阈值角度为90°。

3.根据权利要求1所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，所述边缘面表面包括上下依次连接的第一斜面和第二斜面，所述第一斜面与水平面之间形成的钝角夹角为第一倾角，所述第二斜面与水平面之间形成的钝角夹角为第二倾角，所述第一倾角大于所述第二倾角。

4.根据权利要求1所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，所述边缘面的顶端与所述支撑面所在平面之间的垂直距离为第一边缘高度，所述第一边缘高度大于第一高度阈值，所述第一高度阈值为200um至700um。

5.根据权利要求1所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，所述边缘面的表面包括若干个第一连接弧面，所述第一连接弧面的端部与相邻的所述第一连接弧面的端部连接在一起。

6.根据权利要求5所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，所述边缘面表面还包括若干个第一倾斜面，相邻的第一连接弧面的端部之间通过第一倾斜面连接在一起。

7.根据权利要求5所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，位于最底端的所述第一连接弧面的顶端所在高度低于待加热的晶圆的边缘底端的高度。

8.根据权利要求1所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，所述环形件覆盖所述加热盘边缘所在区域。

9.根据权利要求1至7所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，所述环形件的数量为若干个，每一个所述环形件分布设置在所述加热盘上表面，且所述环形件覆盖待加热的晶圆的边缘区域。

10.根据权利要求1至8任一项所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，还包括若干个设置在所述加热盘表面的陶瓷环，所述陶瓷环包括上下连接的斜面环和承载环，所述斜面环内壁所在平面与水平面之间形成的不超过90°的夹角为第二斜坡倾角，所述第二斜坡倾角的角度大于或等于第三阈值角度，所述第二斜坡倾角的角度小于或等于第四阈值角度，所述第三阈值角度和所述第四阈值角度均位于0°至90°之间，且所述第三阈值角度小于所述第四阈值角度。

11.根据权利要求10所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，所述第三阈值角度为28.5°，所述第四阈值角度为90°。

12.根据权利要求10所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，所述斜面环表面包括上下依次连接的第三斜面和第四斜面，所述第三斜面与水平面之间形成的钝角夹角为第三倾角，所述第四斜面与水平面之间形成的钝角夹角为第四倾角，所述第三倾角大于所述第四倾角。

13.根据权利要求10所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，所述斜面环表面包括若干个第二连接弧面，所述第二连接弧面的端部与相邻的所述第二连接弧面的端部连接在一起。

14.根据权利要求10所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，所述斜面环和所述承载环所在平面之间的垂直距离为第二边缘高度，所述第二边缘高度大于第二高度阈值，所述第二高度阈值为200um至700um。

15.根据权利要求13所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，位于最底端的所述第二连接弧面的顶端所在高度低于待加热的晶圆的边缘底端的高度。

16.根据权利要求13所述的晶圆薄膜沉积装置，其特征在于，所述斜面环表面还包括若干个第二倾斜面，相邻的所述第二连接弧面的端部之间通过第二倾斜面连接在一起。

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