DE2257473C3 - Projektionsobjektiv für das Drucken von Maskenmustern - Google Patents
Projektionsobjektiv für das Drucken von MaskenmusternInfo
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Description
30
Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv für das Drucken von Maskenmustern, das bei gleichbleibendem
Abbildungsmaßstab sowohl beim Ausrichten als auch beim Drucken der Maskenmuster verwendbar
ist.
Bekanntlich werden integrierte Schaltungen durch Drucken von Mustern von Photomasken auf ein
Siliziumsubstrat hergestellt. Dabei werden bestimmte Teile der Oxydschicht auf den? Siliziumsubstrat entfernt,
damit Verunreinigungen ins Innere des Silizium-Substrats diffundieren können. Ein diesen zu entfernenden
Teilen entsprechendes Muster wird mittels der Photomaske auf eine Photoresist genannte lichtempfindliche
Beschichtung auf dem Substrat gedruckt, wobei diese Teile gegenüber einer Ätzlösung durch
Bestrahlung mit Licht löslich oder unlöslich gemacht werden. Auf diese Weise können bei einer einzigen
integrierten Schaltung mehrere Druckvorgänge nacheinander vorgenommen werden, an die sich jeweils
eine Ätzung anschließt. Da die einzelnen Muster in einer genauen Zuordnung zueinander angeordnet
werden müssen, ist es erforderlich, eine entsprechende Ausrichtung vorzunehmen. Da bekanntlich das Photoresist
gegenüber Licht mit kurzen Wellenlängen empfindlich, gegenüber Licht mit langen Wellenlängen
jedoch unempfindlich ist, verwendet man als Lichtquelle eine Quecksilberdampflampe, da das Photoresist
gegenüber den von dieser Lichtquelle ausgehenden charakteristischen Wellenlängen von 405 und
436 nm, d. h. der A- bzw. g-Linie, empfindlich ist, gegenüber den charakteristischen Wellenlängen von
546 und 578 nm, d. h. der e- bzw. rf-Linie, unempfindlich ist.
Das Ausrichten der Masken erfolgt im allgemeinen mit Hilfe der durch das Projektionsobjektiv gehenden
Lichtstrahlen, wobei dieses Projektionsobjektiv auch für das Drucken verwendbar sein soll. Das bedeutet
iedoch. daß die chromatische Aberration des Projektionsobjektivs bezüglich der für die Ausrichtung
durch Betrachten erforderliche Wellenlänge des Lichtes einerseits und bezüglich der für das Drucken erforderlichen Wellenlänge des Lichtes andererseits korrigiert
werden muß. Liegt eine axiale chromatische Aberration voi, so wird die Bildlage des Maskenmusters in Richtung der optischen Achse durch einen Austausch der
Lichtstrahlen zwischen dem Ausrichten und dem Drucken verschoben, so daß bei jedem Umschalten
von Ausrichten auf Drucken die Maske oder das Substrat so bewegt werden muß, daß eine Scharfein
stellung wieder erreicht wird. Eine laterale chromatische Aberration führt dazu, daß die durch Betrachten
herbeigeführte genaue Ausrichtung der Maskenzu ordnungen beim Drucken nicht mehr gegeben ist.
Fs ist zwar bereits ein symmetrisch ausgebautes
Objektiv, in dessen Mitte sich eine Aperturblende befindet, für 1 :1-Abbildungen bekannt (DE-OS
19 60 502). Mit diesem Objektiv sollen die Bildfehler verringert werden, wobei insbesondere laterale chromatische
Aberrationen beseitigt werden.
Es ist ferner schon ein Projektionsobjektiv vom Gaußtyp für das Drucken von Maskenmustern bekannt
(DE-PS i5 72 700), das zum Zweck einer Änderung des Abbildungsmaßstabes durch Brennweitenänderung ein
austauschbares Linsenelement enthält, welches sich von den anderen, gegen dieses austauschbaren Linsenelementen
in der Brechkraft, den Radien und der Linsendicke unterscheidet, wobei die durch den Austausch dieses
Linsenelements sich ergebenden Störungen des Korrektionszustandes durch ein entsprechendes Verschieben
der vordersten objektseitigen Linsenglieder ausgeglichen werden. Das Objektiv ist nur für eine einzige
Wellenlänge korrigiert.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das Projektionsobjektiv der eingangs
beschriebenen Art so auszubilden, daß jeweils die lateralen und axialen chromatischen Aberrationen
sowohl für wenigstens eine Wellenlänge zum Ausrichten der Maskenmuster als auch für wenigstens
zwei Weilenlängen beim Drucken der Maskenmuster korrigiert sind.
Diese Aufgabe wird bei dem Projektionsobjektiv der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beim Austausch der Linsenelemente wird somit wenigstens eine Wellenlänge mit chromatischer Aberrationskorrektur
verändert, wobei sich die Linsenelemente entsprechend in der Brechkraft, der Brechzahl, der
Dispersion, den Radien und/oder der Linsendicke unterscheiden.
Der nicht auswechselbare Teil des Objektivs ist so ausgelegt, daß chromatische Aberrationen bezüglich
spezieller Lichtwellenlängen korrigiert sind. Durch die für das Ausrichten und für das Drucken entsprechend
korrigierten austauschbaren Linsenelemente ist es möglich, eine hervorragende Aberrationskorrektur
für wenigstens drei und im allgemeinen für vier Wellenlängen zu erzielen. Für das Betrachten beim
Ausrichten genügt es, wenn eine Korrektur bezüglich einer charakteristischen Wellenlänge vorhanden ist,
günstiger für das Ausrichten sind jedoch zwei charakteristische Wellenlängen, wobei das dafür in das Objektiv
einzusetzende Linsenelement entsprechend korrigiert ist. Für das Drucken sind insgesamt zwei charakteristische
Wellenlängen erforderlich, um einerseits den Betrag der zugeführten Lichtenergie zu erhöhen
und um andererseits eine gleichmäßige Belichtung zu
erzielen, da bei Verwendung von Lichtstrahlen einer Wellenlänge diese beim Eintreten in die photoempfindliche
Schicht auf dem Substrat die Form einer stehenden Welle annehmen, wodurch die Belichtung
ungleichmäßig wird.
Vorteilhafterweise ist die Linsenanordnung des Objektivs symmetrisch, wobei das für das Ausrichten
und das Drucken austauschbare Linsenelement in der Nähe der Mitte des Objektivs angeordnet ist. Unter
Symmetrie isl dabei nicht eine extrem genaue Symmetrie zu verstehen, da optische Systeme zum Drucken
mit etwas erhöhter Genauigkeit etwas von der exakten Symmetrie abweichen. Jedoch ist bei der erfindungsgemäß
vorzusehenden Symmetrie die gute Korrektur der chromatischen Aberrationen gewährleistet.
Zweckmäßigenveise ist das austauschbare Linsenelement
konkav.
An Hand der Zeichnungen werden die Eigenschaften eines bekannten Objektivs sowie ein erfindungsgemäßes
Objektiv beispielsweise näher erläutert.
F i g. 1 und 2 zeigen die Korrektur der Farbfehler
bei einem Objektiv herkömmlicher Bauart;
F i g. 3 zeigt den Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Objektivs;
F i g. 4 und 5 zeigen die Korrektur der Farbfehler des Objektivs von F i g. 3;
F i g. 6 zeigt das Objektiv von F i g. 3 im Detail;
F i g. 7 zeigt Diagramme für die Aberrationskorrektur des in F i g. 6 dargestellten Objektivs.
Bei dem in F i g. 1 gezeigten Diagramm für die
Korrektur der axialen chromatischen Aberration ist Jcr Strahl für das Drucken auf die 436-nm-Linie und
der Strahl für das Ausrichten auf die 546-nm-Linic uegrenzt, wobei für den gleichen Fall in F i g. 2 die
Korrektur der lateralen chromatischen Aberration gezeigt ist. Obwohl in diesem Zustand die chromatischen
Aberrationen für die 436- und 546-nm-Linien sicher entfernt sind, sind die Neigungen der chromatischen
Aberrationskurven in der Nähe der 436- und 546-nm-Liniefi so groß, daß die chromatischen
Aberrationen stark zunehmen, wenn sich die Wellenlänge gegenüber diesen Werten verändert. Deshalb ist
es nicht zweckmäßig, mit einem solchen Objektiv die 405-nm-Linie als Licht zum Drucken zusammen mit der
436-nm-Linie und die 578-nm-Linie als Licht für das Ausrichten zusammen mit der 546-nm-Linie zu
benutzen. Dies hätte den Nachteil, daß der Wirkungsgrad der Lichtquelle schlecht, für das Drucken eine
lange Belichtungszeit erforderlich und die Ausrichtung durch Beobachtung unter ungünstigen Bedingungen
zu machen wäre.
Wenn ein Objektiv so konstruiert werden kann, daß die chromatischen Aberrationen für wenigstens
drei Wellenlängen von den Wellenlängen 405, 436, J4ö und 57S nm korrigiert werden, könnte der vorgehende
Nachteil in weitem Rahmen beseitigt werden, •line solche Korrektur der chromatischen Aberrationen
ist mit der herkömmlichen Technik jedoch schwierig durchzuführen. Erfindungsgemäß kann dies
jedoch dadurch erreicht werden, daß ein Linsenglied des Objektivs durch ein anderes Linsenglied zwischen
dem Drucken und dem Ausrichten ausgetauscht wird.
Ein Objektiv, das dieses erfindungsgemäße Prinzip verwirklicht, ist schematisch in den Fi g. 3a und 3b
gezeigt, wobei Fig. 3a das Objektiv beim Ausrichten und F i g. 3 b das Objektiv beim Drucken zeigt.
Die 'gesamte Linsenanordnung bzw. das gesamte Obejektiv ist im wesentlichen symmetrisch aufgebaut,
wobei die vordere Linsengruppe A und die iiintere Linsengruppe
B beim Ausrichten und beim Drucken verbleiben, während jeweils das mittlere Linsenelement
C gegen das Element C' und umgekehrt austauschbar ist. Mit D ist die Photomaskenebene und mit E die
Substratebene bezeichnet. Wenn beispielsweise eine Quecksilberdampflampe als Lichtquelle verwendet
wird, müssen die chromatischen Aberrationen des Objektivs gemäß Fig. 3a für das Ausrichten für die
ίο 546-nm- und 578-nm-Linien korrigiert werden. Diese
Korrektur der chromatischen Aberrationen ist durch die übliche Korrekturtechnik leicht zu erzielen.
Während in F i g. 4 die Kurve 1 die Korrektur der axialen chromatischen Aberration erkennen läßt,
ergibt sich aus der Kurve 2 von F i g. 5 die entsprechende laterale chromatische Aberration. Wie aus
Fig. 3a zu ersehen ist, geht von der Maskenebene D
ein paraxialer bzw. achsennaher Strahl in einem Winkel α bezüglich der optischen Achse aus, von dem
die Strahlen der 546-nm-und 578-nm-Linien für die Verwendung als Ausrichtungslicht längs des Strahlenweges
3, 4, 5, 6 durch das Objektiv hindurchgehen und auf der Substratebene E in einem Winkel
<x bezüglich der optischen Achse auftreffen, so daß ein Bild mit
einer Vergrößerung von λ/λ' auf der Substratebene gebildet wird. Die Strahlen des Lichts für das Drucken
der Wellenlängen 405 und 436 nm, die auf das Objektiv der Konstruktion von Fig. 3a auftreffen, entsprechen
dem Strahl 3, verlaufen aber längs der Strahlenbahn 7, die von der für das Ausrichtungslicht
verschieden ist, so daß sowohl der Durchgang als auch die Lage und die Vergrößerung sich gegenüber denen
des Ausrichtungslichts unterschieden. Bei dem in Fig. 3 a gezeigten Strahlengang 8 wird angenommen,
daß das Licht für das Drucken der 405-nm- und 436-nm-Linien in der entgegengesetzten Richtung
von der Substratebene zur Linse in einem Winkel xr bezüglich der optischen Achse projiziert wird. Diese
Strahlenbahn kreuzt sich an der mittleren Konkavlinse C mit der Strahlenbahn 3, 7, die von der Maskenebene D ausgeht. Um die gleiche Vergrößerung der
Bilder des Lichtes für das Drucken sowie des Lichtes für das Ausrichten zu erhalten, wobei die Bild- und.
Substratebene lagefest sind, müßte die Strahlenbahn des Bildes für das Licht für das Drucken über den
Weg 3, 7, 8, 6 verlaufen. Dies wird nun durch Verwendung einer anderen mittleren Konkavlinse erreicht,
die aus Gläsern mit einem geeigneten Brechungsvermögen, geeigneten Brechungsindizes und Zer-
Streuungsvermögen hergestellt ist, geeignete Krümmungsradien und geeignete Stärkender Linseneelementt;
aufweist, wobei sich alle Werte von denen der ersteren Linse unterscheiden. In F i g. 3b ist dann der Strahlenweg
für diesen Fall gezeigt. Die axiale chromatische Aberrationskurve dieses Objektivaufbaus für das
Licht für das Drucken der 405-nm- und 436-nm-Linien ist in F i g. 4 durch 9 gezeigt, während in F i g. 5
die Kurve 10 für die laterale chromatische Aberration erkennbar ist.
Bei der Konstruktion des Objektivs ist die axiale chromatische Aberration für das Licht für das Drucken
in der Objektivanordnung für das Ausrichten positiv, was aus den chromatischen Aberrationskurven der
F i g. 4 und 5 erkennbar ist, so daß das negative Brechungsvermögen der Konkavlinse C für das
Drucken bezüglich des Drucklichtes schwächer sein muß als das negative Brechungsvermögen der Konkavlinse
für das Ausrichten bezüglich des Lichtes für
das Drucken. Für die Korrektur der chromatischen Aberration des Lichtes für das Drucken der beiden
Wellenlängen 405 und 436 nm muß das Dispersionsvermögen des Glases der Konkavlinse für das Drucken
kleiner sein als das der Konkavlinse für das Ausrichten.
An Stelle der Einstellung der Dispersion des Glases kann die Konkavlinse aus einer Anzahl verkitteter
Linsen aufgebaut sein, v/obei die Dispersion des Kittgliedes durch die Krümmungsradien der Kittflächen
entsprechend eingestellt ist. Die Bildfeldwölbung ist für das Licht für das Drucken stärker
überkorrigiert als für das Licht für die Ausrichtung. Die Überkorrektur der Bildfeldwölbung kann jedoch
bis zu einem bestimmten Ausmaß dadurch kompensiert werden, daß der Brechungsindex der Konkavlinse
für das Drucken größer gemacht wird als der der Konkavlinse für das Ausrichten. Der durch Verwendung
der Konkavlinse für das Drucken bedingte Astigmatismus unterscheidet sich von dem, der durch
Verwendung der Konkavlinse für die Ausrichtung hervorgerufen wird. Dieser Unterschied kann bis zu
einem bestimmten Ausmaß dadurch beseitigt werden, daß ein Unterschied zwischen den Stärken der beiden
Konkavlinsen vorgesehen wird.
Das Auswechseln der mittleren Konkavlinsen kann einfach vorgenommen werden, da das gesamte Objektiv
symmetrisch ist und die mittleren Konkavlinsenelemente weitaus kleiner als die anderen
Objektivelemente sind. Die Vorrichtung, bei welcher das Objektiv eingebaut wird, hat speziell Filter, die
ausgewechselt werden müssen, sowie ein Gerät für die Ausrichtung, d. h. ein Mikroskop für die Beobachtung
der Ausrichtung, das zwischen dem Drucken und dem Einrichten einführbar bzw. entfernbar ist.
Das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv kann wirksam das Spektrum der Lichtquelle ausnutzen, so
daß nicht nur die für das Drucken erforderliche Belichtungszeit reduziert, sondern auch bis zu einem
bestimmten Ausmaß die Verschlechterung des Bildes infoige der stehenden Welle verhindert werden kann,
die in der Photoresist-Schicht beim Drucken mit monochromatischen
Lichtstrahlen erzeugt wird. Weiterhin ändert sich die chromatische Aberration mit der Wellenlänge
nicht stark, so daß selbst, wenn die Spektrallinien der Lichtquelle gestreut werden, ein klares Bild
gedruckt werden kann. Die Neigungen der chromatischen Aberrationskurven der herkömmlichen Objektive
gemäß F i g. 1 und 2 sind nämlich so groß, daß, obwohl die Aberration für die 436-nm- und
546-nm-Linien zum bestmöglichen Zustand hin korrigiert wird, die Aberration noch stark intensiviert wird,
da die Wellenlänge sich in der Nähe dieser Wellenlängen ändert. Andererseits hat das erfindungsgemäße
Objektiv gemäß F i g. 3 und 5 eine derart große Wirkung, daß die schwachen Neigungen der Aberrationskurven
in der Nähe der 436-nm- und 546-nm-Linien die Benutzung von Lichtstrahlen gestatten, die
T1 = -460,868
T1 = 84,862
r, = 80,174
rt = -146,658
rs = 170,974
t/l == | 2,890 |
Z1 = | 3,426 |
</, = | 7,514 |
/1 = | 0,069 |
d, = | 5,202 |
Wellenlängen in den Bereichen von 405 bis 436 und 546 bis 578 nm haben, ohne daß die Aberrationen verstärkt
werden. Darüber hinaus führt der breite Bereich der verwendbaren Wellenlängen zu einer
Erhöhung der Lichtintensität, so daß das Ausrichten bei einem hellen Sehfeld durchgeführt und die Zeit
für das Drucken verringert werden kann. Bei dem Ausrichten erhält man zumal den Vorteil, daß man
auch ein helles Bild sehen kann. Selbst wenn die Spektrallinien der Lichtquelle gestreut sind, kann man
auf ein deutliches und klares Bild infolge des gleichen Effektes blicken, den man auch bei dem Licht für da·-.
Drucken hat.
Die in F i g. 6 gezeigte schcmatischc Anordnung
zeigt ein erfindungsgemäßes Objektiv. Dabei werden bei dieser Ausführungsform die chromatischen Aberrationen
für vier Wellenlängen, nämlich 405, 436, 546 und 578 nm dadurch korrigiert, daß die konkave
Linse C für das Ausrichten und die konkave Linse C" für das Drucken, die jeweils in der Mitte angeordnet
sind, aus miteinander verkitteten Linsenelementen aufgebaut werden, wobei der Betrag der Brechkraft
der Linse C kleiner ist als der Betrag der Brechkraft der Linse C, da die Krümmungsradien beider Begrenzungsflächen
der Linse C größer sind als diejenigen der Linse C, während die Dispersion dadurch entsprechend
eingestellt wird, daß die Krümmungsradien der Kittflächen größer gemacht werden. Die Änderung
des Astigmatismus ist klein, da die Stärke der Linse C geringer ist als die der Linse C.
Die Aberrationskurven für das Objektiv beim Ausrichten und Drucken sind in F i g. 7 gezeigt. Ein
Farbquerfehler entfällt, da die beschriebene Ausführungsform
des Objektivs genau symmetrisch ist und die Vergrößerung 1:1 beträgt, y' bedeutet die
Bildhöhe, die Bezeichnungen e, d, g und h beziehen sich auf die charakteristischen Wellenlängen einer
Quecksilberdampflampe, wobei die Λ-Linie 405 nm, die g-Linie 436 nm, die e-Linie 546 nm und die «/-Linie
578 nm entspricht. Die bei den Bezeichnungen dieser Linien angehängten Indizes s und in beziehen sich auf
den sagittalen bzw. den medridionalen Strahl.
Im folgenden werden die Konstruktionsdaten des in F i g. 6 gezeigten Objektivs aufgeführt. Dabei sind
r der Krümmungsradius der Linsenoberflächen, d die
axiale Dicke der Linsenelemente, / der axiale Luftabstand der Linsenelemente, η die Brechzahl für die
i/-Linie (578 nm) der verwendeten Gläser und ν die
Abbesche Zahl dieser Gläser. Die Brennweite für die e-Linie (546 nm) beträgt Je = 173, die Vergrößerung
R = 1,0 unddas wirksame Öffnungsverhältn'sf"» = 1/3.6.
Die Indizes bei den Werten für die Dicke d der Linsenelemente, die axialen Luftabsände / und die
Krümmungsradien r bezeichnen die Aufeinanderfolge, bezogen auf F i g. 6 von links nach rechts gesthen.
In der folgenden Tabelle sind die Daten auf fe = 100 normiert.
λ, = 1,60342 V1 = 38,0
«, = 1,67790
= 55,3
1,67790 v3 = 553
r. | = -606,003 | = —194,901 | = -199,404 |
r, | = 61,383 | = 50,625 | = 477,651 |
rB | = 222,447 | = -50,625 | = -477,651 |
r* | = 46,482 | = 194,901 | = 199,404 |
rio | = -83,994 | = -26,520 | |
ru | 26,520 | '»' | = 83,994 |
Ausrichten | r»' | = -46,482 | |
rll | ru | = -222,447 | |
ri3 | ru' | = -61,383 | |
ru | = 606,003 | ||
ris | rn | = -170,974 | |
''ie | = 146,658 | ||
= -80,174 | |||
ri0 | = -84,362 | ||
rn | = 460,868 | ||
r22 | |||
r23 | |||
"24 | |||
^25 | |||
»2« |
I3 = 0,069
dt = 10,405
/, = 0,069
db = 11,754
dt = 6,800
/. = 9,165
</, = 1,156
</„ = 3,468
d% = 1,156
/, = 9,165
W = 8,587
d7' = 1,156
da' = 4,624
dt' = 1,156
/,' = 8,587
d10 = 6,800 dn = 11,754
/, = 0,069 du = 10,405 /s = 0,069
</,.= 5,202 /, = 0,069 dlt= 7,514
/,ο = 3,426 </,5= 2,890
n, = 1,63980
n5 = 1,51633
n, = 1,63930
n, = 1,63930
v4 =55,3
v6 =64,1 v, =44,9
/I7 = 1,63980 v, = 34,6
ns = 1,64850 ve = 53,0
nt = 1,63980 v, = 34,6
«,' = 1,63980 v,' = 34,6
/ie' = 1,64850 v8' = 53,0
λ,' = 1,63980 V9' = 34,6
M10 = 1,63930 v10 = 44,9
/J11 = 1,51633 vn = 64,1
nlt = 1,67790 v12 = 55,3
/i13 = 1,67790 V13 = 55,3
/I14 = 1,67790 V14 = 55,3
«is = 1,60342 v15 = 38,0
Die Korrekturzustände der Aberrationen des vorstehenden Beispiels, die beim Ausrichten und beim
Drucken auftreten, sind in F i g. 7 gezeigt. Das Objektiv dieser Ausführungsform ist genau symmetrisch,
und die Vergrößerung ist eins, so daß von Natur aus kein Farbquerfehler gegeben ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Projektionsobjektiv für das Dnicken von Maskenmustern,
das bei gleichbleibendem Abbildungsmaßstab sowohl beim Ausrichten als auch beim Drucken der Maskenmuster verwendbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei gegeneinander austauschbare Linsenelemente vorgesehen sind, die sich in ihrem Aufbau derart unterscheiden,
daß das Projektionsobjektiv bei Einschaltung des ersten Linsenelementes für mindestens zwei Wellenlängen
der zum Drucken benutzten Strahlung der Lichtquelle hinsichtlich Farblängs- und Farbvergrößerungsfehler
korrigiert ist und daß das Projektionsobjektiv bei Einschaltung des zweiten Linsenelememes
für mindestens eine Wellenlänge der zum Ausrichten benutzten Strahlung wieder dieselbe
Bildgröße und Lage der Bildebene aufweist wie bei Einschaltung des ersten Linsenelementes.
2. Cbjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Linsenanordnung des Objektivs sj ir metriech ist und daß das für das Ausrichten und
das Drucken austauschbare Linsenelement in der Nähe der Mitte des Objektivs angeordnet ist.
3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das austauschbare Linsenekment
ein konka\es Linsenelement ist.
Applications Claiming Priority (1)
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DE2257473C3 true DE2257473C3 (de) | 1984-09-20 |
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-
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |