JP2002270561A - 基板処理方法及びその装置 - Google Patents
基板処理方法及びその装置Info
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Abstract
浄で洗浄する際、超純水リンス時に金属が溶出して基板
に付着することを抑制できるようにした基板処理方法及
びその装置を提供する。 【解決手段】 基板の表面に薬液を作用させる処理を行
った後、基板の表面から薬液を除去する超純水リンス処
理を行う際に、超純水リンス処理を行う前に防錆剤を含
む超純水による処理を行う。
Description
その装置に係わり、特に半導体ウェハ等の基板表面の金
属汚染を抑制できるようにした基板処置方法及びその装
置に関するものである。
は、半導体デバイスの電気的特性を致命的に劣化させ
る。そのため、各種の洗浄を行って、半導体ウェハ等の
表面に付着した金属汚染物を除去している。この洗浄の
一つとして、RCA洗浄に代表される湿式(ウェット)
洗浄がある。このRCA洗浄は、酸・アルカリ系の薬品
および酸化剤を用いて基板表面を洗浄するようにしたも
ので、薬品処理の工程に引き続き、その薬品を洗い落と
すために超純水で濯ぐリンスの工程が必ず行われる。そ
して、リンス超純水中に汚染物があると、この汚染物が
基板表面に付着するため、超純水の純度の要求はより高
いものになっている。
純物が少ないために、接した材料を溶かしこむ力が強
い。例えば、シリコンウェハにおいて、洗浄およびリン
ス後の乾燥中に、ウォータマークと呼ばれるシリコンの
溶解物の乾燥残渣が生じるのも、超純水がシリコンウェ
ハ表面を溶解するからである。
常に溶解しにくいものもあるが、例えば、基板表面に金
属の配線材料が形成され、加工処理されている場合に
は、その工程直後の洗浄や、次の工程の前洗浄における
薬品処理に引き続く超純水リンス処理中に、金属(配線
材料)の溶解が生じる。そのため、リンス水を大量に使
い、大希釈して基板への金属付着確率を下げるようにし
ている。
金属が広く用いられおり、現在のデバイスレベルでは、
金属不純物が多少付着しても問題とされていない。しか
し、近年、半導体デバイスを更に高性能にするため、配
線材料として、低抵抗の材料である銅(Cu)を用いる
動きが顕著になっている。ここで、銅は電気的に優れた
材料であるが、半導体デバイスの製造プロセスにおいて
は、使用に関連する問題がある。つまり、銅は半導体デ
バイスを形成する材料の多くに混入するため、材料中に
銅が拡散しないように注意を払わなければならない。こ
れは、例えば銅が基板の端縁や裏面に付着していると、
隣接する活性領域へ銅が移動して歩留りを低下させた
り、基板の搬送システムを汚染することが懸念されるか
らである。
ニングされたトレンチの内部に銅をめっきで充填して銅
の埋込み配線を形成する工程の後には、基板表面のみな
らず、基板の端縁や裏面を洗浄することが広く行われて
いる。
うに、例えば銅が表面に露出している基板を洗浄する
と、洗浄薬品でせっかく洗浄しても、超純水リンス時に
露出した銅部分から銅が溶出し、銅以外の部分の基板端
縁(バリア膜、基板シリコン等)や、裏面(酸化膜、窒
化膜、基板シリコン等)に銅が付着してしまう。特に酸
化膜よりもTa,TaNやTi,TiN等からなるバリ
ア膜やシリコンに銅が付着しやすい。
が含まれていると、この金属不純物が基板に付着するお
それがある。このため、例えば、酸系の洗浄薬品を使用
して洗浄する場合には、pHや酸化還元電位をコントロ
ールするなどして、除去した金属汚染が基板に再付着し
難くしている。しかし、引き続く超純水リンスにおい
て、表面に金属材料が露出する場合には、前述と同様
に、金属材料からリンス水に金属が溶出し、基板にこの
溶出した金属による金属汚染が生じてしまう。
で、例えば金属材料が露出している基板を洗浄する際、
超純水リンス時に金属が溶出して基板に付着することを
抑制できるようにした基板処理方法及びその装置を提供
することを目的とする。
は、基板の表面に薬液を作用させる処理を行った後、基
板の表面から薬液を除去する超純水リンス処理を行う際
に、超純水リンス処理を行う前に防錆剤を含む薬液によ
る処理を行うことを特徴とする基板処理方法である。
て特異的に反応する防錆剤で金属の露出表面に疎水性の
被覆を形成し、この疎水性の被覆(防錆剤)で超純水リ
ンス時に金属材料が溶出することを防止して、基板への
金属溶出による汚染を抑制することができる。
む薬液にキレート剤を添加することを特徴とする請求項
1に記載の基板処理方法である。これにより、防錆剤が
完全に金属材料を被覆するまでに溶出する金属イオン
を、基板表面に付着するよりも優先的にキレート剤と反
応させて基板への付着を抑制することで、金属が基板に
付着するのを抑制する効果をより高めることができる。
なお、キレート剤を超純水に添加する場合、キレート剤
が多すぎると、金属材料から溶出する金属の絶対量がか
えって増大し、汚染量を増やしてしまう。そのため、キ
レート剤の含有量は、超純水中で、好ましくは0.00
1〜10mg/Lの範囲であり、更に好ましくは0.0
1〜1mg/Lの範囲である。
させる処理が基板の周縁部の不要な成膜部分をエッチン
グ除去する処理であることを特徴とする請求項1または
2記載の基板処理方法である。
銅が成膜されていることを特徴とする請求項3に記載の
基板処理方法である。これにより、例えば基板表面に銅
配線を形成する際に、基板の周縁部に残った不要な銅を
エッチング除去するとともに、このエッチング除去した
基板周縁部表面への金属汚染を抑制することができる。
回転させる基板保持部と、該基板保持部で保持される基
板の表面に薬液を供給する薬液供給ノズルと、前記基板
保持部で保持される基板の表面に防錆剤を含む薬液とリ
ンス用の超純水を個別にまたは兼用して供給する洗浄液
供給ノズルとを有することを特徴とする基板処理装置で
ある。
て図面を参照して説明する。この例は、表面全面に、例
えばTaNからなるバリアメタルを形成し、このバリア
メタルの表面に、電解めっきの給電層としてのシード層
を形成し、このシード層の表面に銅めっきを施すこと
で、シリコン酸化膜に設けたコンタクトホール及び配線
用の溝(図示せず)の内部に銅を埋込むとともに、シー
ド層上に導電材料としての銅膜を堆積させた基板Wに処
理を施すようにした例、即ち、このような基板の周縁部
にエッチングを施して不要な銅を除去して表面を洗浄す
るようにした例を示す。
のに使用される基板処理装置の概要図で、図2は、基板
の平面図である。図1に示すように、表面の周縁部を除
く領域に回路を形成した半導体ウェハ等の基板Wは、そ
の周縁部の円周方向に沿った複数箇所でスピンチャック
2で把持されて基板保持部1に水平に保持されている。
これにより、基板Wは、基板保持部1の回転に伴って、
例えば図1のA方向に高速で水平回転するようになって
いる。
面側のほぼ中央部の上方に位置して、基板Wの表面に薬
液を供給するセンタノズル(薬液供給ノズル)3と、基
板の表面に防錆剤を含む超純水とリンス用の超純水を兼
用して供給するセンタノズル(洗浄液供給ノズル)4が
それぞれ下向きで配置されている。更に、基板Wの周縁
部の上方に位置して、基板Wの周縁部に薬液を供給する
エッジノズル(薬液供給ノズル)5が下向きで配置され
ている。
ら中心部に向けて水平方向に移動自在で、基板Wの図2
に示す基板中央部の回路形成部6を除く周縁部、すなわ
ちエッジカット幅Bを自由に調整できるようになってい
る。
回路が形成されていない領域、または基板の周縁で、回
路が形成されていても最終的にチップとして使用されな
い領域をいう。センタノズル3,4は、基板表面側の中
央部から周縁部の間に所望の位置に設置できるが、セン
タノズル3,4からの供給液は基板中央部に供給され
る。基板中央部とは、好ましくは基板直径の20%以内
をいい、更に好ましくは基板直径の10%以内をいう。
なお、これらの各ノズルは、目的に応じて複数個設置す
るようにしても良い。
法を説明する。先ず、基板Wをスピンチャック2を介し
て基板保持部1で水平に保持する。この状態で、基板W
の周縁部に位置する不要な銅を除去する位置、すなわち
所定のエッジカット幅Bが得られる位置にエッジノズル
5をセットする。
に回転させつつ、センタノズル(薬液供給ノズル)3か
ら基板Wの表面側の中央部に酸溶液を供給する。これに
より、基板Wの表面の回路形成部6に銅の自然酸化膜が
形成されていても、この自然酸化膜は、基板Wの回転に
伴って該基板Wの表面全面に亘って拡がる酸溶液で直ち
に除去されて成長することはない。この酸溶液として
は、例えば半導体装置製造プロセスにおける洗浄工程で
一般に使用されている塩酸、ふっ酸、硫酸、クエン酸、
蓚酸のいずれか或いはその組合せを挙げることができる
が、非酸化性の酸であればいずれでもよい。なお、ふっ
酸であれば後述する基板Wの裏面側の洗浄にも使えるの
で、薬品を共通化する上で好ましい。また、ふっ酸の場
合であれば、酸化膜除去の効果を考慮し、濃度は0.1
重量%以上が好ましい。また、銅表面のあれを生じさせ
ないため5重量%以下であることが好ましい。
5から基板Wの周縁部に酸化剤溶液を連続的または間欠
的に供給する。これにより、基板Wの周縁部の上面及び
端面に成膜された銅膜等は、酸化剤溶液で急速に酸化さ
れ、同時に前記センタノズル3から供給されて基板Wの
表面全面に拡がる酸溶液によってエッチングされて溶解
除去される。なお、酸溶液によるエッチングは、酸化剤
溶液の供給点以外でも起きるので、酸溶液の濃度及び供
給量を高くする必要はない。この酸化剤溶液としては、
例えば半導体装置製造プロセスにおける洗浄工程で一般
に使用されているオゾン、過酸化水素、硝酸、次亜塩素
酸塩のいずれか或いはその組合せを挙げることができ
る。オゾン水を使う場合であれば20ppm以上で20
0ppm以下、過酸化水素なら10重量%以上で80重
量%以下、次亜塩素酸塩なら1重量%以上で50重量%
以下が好ましい。
置し、このバックノズルから基板Wの裏面側中央部に酸
化剤溶液とふっ酸のような酸溶液とを同時又は交互に供
給して、基板Wの裏面側に付着している銅等を基板のシ
リコンごと酸化剤溶液で酸化し、酸溶液でエッチングし
て除去するようにしてもよい。
ンタノズル(洗浄液供給ノズル)4から防錆剤を含む超
純水を基板の表面に供給する。この防錆剤としては、金
属材料が銅の場合には、ベンゾアゾール化合物、イミダ
ゾール、アルキルイミダゾール、トリアゾール等が挙げ
られるが、その中でも良好な防錆作用を示すベンゾアゾ
ール化合物が好ましい。ベンゾアゾール化合物には、ベ
ンゾイミダゾール、メルカプトベンゾイミダゾール、ベ
ンゾトリアゾール(BTA)、トリルトリアゾール、メ
ルカプトベンゾチアゾールあるいはこれらの誘導体が含
まれる。特にBTAまたは/およびその誘導体が良好で
ある。
に銅に吸着するため、薬液処理に引き続いて供給したと
き、基板表面では薬液と混合した状態となるが問題はな
い。むしろ薬液を飛ばして乾いた表面にしてしまうと薬
液中に溶出した金属が基板表面に残留してしまう。ま
た、BTAは空気中でも不活性ガス中でも、約220〜
30度で脱離するため、後の工程で熱処理がある場合に
は残留の問題はない。
も、例えばEDTAアンモニウム塩等のキレート剤を混
合して使用してもよい。キレート剤を添加することによ
り、例えばBTA等の防錆剤が完全に金属材料を被覆す
るまでに溶出する金属イオンを基板表面に付着するより
も優先的にキレート剤と反応させて基板への付着を抑制
し、これによって、金属が基板へ付着するのを抑制する
効果をより高めることができる。なお、キレート剤を超
純水に添加する場合、キレート剤が多すぎると、金属材
料からの溶出する金属の絶対量がかえって増大し、汚染
量を増やしてしまう。そのため、キレート剤の含有量
は、超純水中で、好ましくは0.001〜10mg/L
の範囲であり、更に好ましくは0.01〜1mg/Lの
範囲である。この範囲より少ない場合はキレート剤とし
ての効果があまり期待できないので好ましくない。
から超純水を基板Wの表面に供給して、基板Wの表面に
残存する薬液を除去する超純水リンス処理を行う。しか
る後、基板Wを基板保持部1と一体に高速回転させて、
スピン乾燥させる。
て、防錆剤を含む超純水による処理を行うことにより、
例えば銅等の金属材料に対して特異的に反応する防錆剤
で金属の露出表面に疎水性の被覆を形成し、この疎水性
の被覆(防錆剤)により超純水リンス時に金属材料が溶
出することを防止して、基板への金属溶出による汚染を
抑制することができる。
電気的特性上1011原子/cm2 未満にする必要があ
るが、例えば、銅材料が露出した基板を洗浄すると、超
純水リンス時に銅溶出が生じ、表面に接したリンス水中
の銅濃度は、数〜数百μg/Lレベルにもなる。する
と、後述の比較例で判るように、この水が基板表面のシ
リコンに接すると、表面銅濃度が1011〜1013原
子/cm2 の金属汚染を引き起こす。これに対して、
前述のように、金属材料に対して特異的に反応する防錆
剤で疎水性の被覆を形成して金属の溶出を防止し、更に
はキレート剤を添加することで、後述の実施例で判るよ
うに、この表面銅濃度を1011原子/cm2 未満の
許容量に抑制することができる。
る、半導体基板Wに銅めっきを施すめっき装置の全体図
を示す。図3に示すように、このめっき装置は、矩形状
の設備110内に配置されて、半導体基板の銅めっきを
連続的に行うように構成されているのであるが、この設
備110は、仕切壁111によってめっき空間112と
清浄空間113に仕切られ、これらのめっき空間112
と清浄空間113は、それぞれ独自に給排気できるよう
になっている。そして、前記仕切壁111には、開閉自
在なシャッタ(図示せず)が設けられている。また、清
浄空間113の圧力は、大気圧より低く、且つめっき空
間112の圧力よりも高くしてあり、これにより、清浄
空間113内の空気が設備110の外部に流出すること
がなく、且つめっき空間112内の空気が清浄空間11
3内に流入することがないようになっている。
セットを載置する2つのカセットステージ115と、め
っき処理後の基板を純水で洗浄(リンス)し乾燥する2
基の洗浄・乾燥装置116が配置され、更に基板の搬送
を行う固定タイプで回転自在な第1搬送装置(4軸ロボ
ット)117が備えられている。この洗浄・乾燥装置1
16としては、例えば基板の表裏両面に超純水を供給す
る洗浄液供給ノズルを有し、基板を高速でスピンさせて
脱水、乾燥させる形式のものが用いられる。
っきの前処理を行い、前処理後の基板を反転機120で
反転させる2基の前処理ユニット121と、基板の表面
に該表面を下向きにして銅めっき処理を施す4基のめっ
き処理ユニット122と、基板を載置保持する2基の第
1基板ステージ123a,123bが配置され、更に基
板の搬送を行う自走タイプで回転自在な第2搬送装置
(4軸ロボット)124が備えられている。
基板の周縁部をエッチングする2基の基板処理装置12
5と、この基板処理装置125と前記洗浄・乾燥装置1
16との間に位置して第2基板ステージ126a,12
6bが配置され、更に2基の基板処理装置125に挟ま
れた位置に基板の搬送を行う固定タイプで回転自在な第
3搬送装置(4軸ロボット)127が備えられている。
前記一方の第1基板ステージ123b及び第2基板ステ
ージ126bは、基板を水洗い可能に構成されていると
ともに、基板を反転させる反転機120が備えられてい
る。
前記カセットステージ115に載置されたカセット、洗
浄・乾燥装置116及び第2基板ステージ126a,1
26b間で基板を搬送し、第2搬送装置124は、前記
第1基板ステージ123a,123b、前処理ユニット
121及びめっき処理ユニット122間で基板を搬送
し、第3搬送装置127は、前記第1基板ステージ12
3a,123b、基板処理装置125及び第2基板ステ
ージ126a,126b間で基板を搬送するようになっ
ている。
1基板ステージ123aの下方に位置して、調整運転用
基板を収納する容器128が内蔵され、第2搬送装置1
24は、調整運転用基板を容器128から取出し、調整
運転終了後に再び容器128に戻すようになっている。
このように、調整運転用基板を収容する容器128を設
備110の内部に内蔵することで、調整運転の際に調整
運転用基板を外部から導入することに伴う汚染やスルー
プットの低下を防止することができる。
の搬送装置で調整運転用基板の取出し及び収納が可能な
位置であれば、設備110内の何処でも良いが、第1基
板ステージ123aの近傍に配置することで、調整運転
用基板を使用した調整運転を前処理からめっき処理と始
め、洗浄し乾燥させた後に容器128内に収容すること
ができる。
くする前処理を施す前処理ユニットを省略することもで
きる。また、めっきを施す前に基板に付着されたシード
層を補強するためのプレプレーティングを行うためのプ
レプレーティングユニットをめっきユニットの1つ、ま
たは、前処理ユニットの1つに代えて設置することもで
きる。この場合には、前処理ユニットの代わりに、プレ
プレーティングとめっきの間、及び/又は、めっき後に
水洗が行われるための水洗ユニットが設置される。
込みタイプの2本のハンドを有し、上側をドライハン
ド、下側をウェットハンドとしたものを使用し、搬送装
置124,127として、落し込みタイプの2本のハン
ドを有し、双方をウェットハンドとしたものを使用して
いるが、これに限定されないことは勿論である。
の概要を説明する。基板は表面(素子形成面、処理面)
を上に向けてカセットに収納されてカセットステージ1
15に載置される。そして、第1搬送装置117が基板
をカセットから取出し、第2基板ステージ126a上に
移動して、基板を第2基板ステージ126a上に載置す
る。そして、第3搬送装置127が第2基板ステージ1
26a上にあった基板を第1基板ステージ123aに移
す。次に、第2搬送装置124が第1基板ステージ12
3aから基板を受け取って前処理ユニット121に渡
し、前処理ユニット121での前処理終了後、基板の表
面が下に向くように反転機120で基板を反転させ、再
び第2搬送装置124に渡す。そして、第2搬送装置1
24は基板をめっき処理ユニット122のヘッド部に渡
す。
処理及び液切りを行った後、基板を第2搬送装置124
に渡し、第2搬送装置124は基板を第1基板ステージ
123bへ渡す。基板は、第1基板ステージ123bの
反転機120によって、表面が上に向くように反転さ
れ、第3搬送装置127によって基板処理装置125に
移される。基板処理装置125において、周縁部に付着
した不要な銅膜及びシード層がエッチング除去され、純
水リンス、スピン液切りされた基板は、第3搬送装置1
27により第1基板ステージ126bへ運ばれる。次
に、第1搬送装置117が第1基板ステージ126bか
ら基板を受取り、洗浄・乾燥装置116に基板を移送
し、洗浄・乾燥装置116で純水によるリンスとスピン
乾燥を行う。乾燥された基板は、第1搬送装置117に
よりカセットステージ115に載置された基板カセット
内に収納される。
することもできる。プレプレーティングユニットを設置
した場合は、カセットから取り出された基板は、プレプ
レーティングユニットでプレプレーティングを施され、
水洗工程を経て、又は、水洗工程を経ずに、めっき処理
ユニットでめっき処理が施される。めっき後に水洗工程
を経て、または水洗工程を経ずに、第1の洗浄装置に搬
送される。
せる方法については特に限定されない。予め超純水に溶
解しておいてもよいし、供給される寸前に高濃度の水溶
液と超純水を混合して所定の濃度にしてもよい。以下に
実施例および比較例を挙げるが、本発明はこれらの実施
例により何ら限定されるものではない。
Nからなるバリア層及び銅層からなるシード層を順次成
膜した8インチシリコン基板上に、端縁2mmより中央
側一面に銅膜をめっきした。この基板を図1に示す基板
処理装置を使用し、センタノズル3から酸を、エッジノ
ズル5から過酸化水素水をそれぞれ基板に供給して、エ
ッジカット幅B=10mmにわたって銅めっき層及びシ
ード層をエッチング除去した。エッチング終了間際から
超純水リンスが始まるまでの間、センタノズル4から4
00mg/LのBTAを含む超純水を基板の表面に供給
した後、超純水でリンスし、スピン乾燥した。そして、
周縁部のエッチング後に露出したTaN膜上に吸着した
Cu濃度を定量分析した。
部を実施例1と同様に酸及び過酸化水素水を用いてエッ
チング除去した。エッチング終了間際から超純水リンス
が始まるまでの間、400mg/LのBTAおよび2m
g/Lのキレート剤(EDTAアンモニウム塩)を含む
超純水を基板表面に供給した後、超純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。そして、周縁部のエッチング後に露出し
たTaN膜上に吸着したCu濃度を定量分析した。
部を実施例1と同様に酸及び過酸化水素水を用いてエッ
チング除去した。引き続き防錆剤を含まない超純水でリ
ンスし、スピン乾燥した。そして、周縁部のエッチング
後に露出したTaN膜上に吸着したCu濃度を定量分析
した。
部を実施例1と同様に酸及び過酸化水素水を用いてエッ
チング除去した。引き続き防錆剤を含まない超純水を基
板に供給してリンスしている途中で防錆剤を添加した超
純水を基板に供給し、スピン乾燥した。そして、周縁部
のエッチング後に露出したTaN膜上に吸着したCu濃
度を定量分析した。
部を実施例1と同様に酸及び過酸化水素水を用いてエッ
チング除去した。エッチング終了間際から超純水リンス
が始まるまでの間、2mg/Lのキレート剤(EDTA
アンモニウム塩)を含む超純水を基板の表面に供給した
後、超純水でリンスし、スピン乾燥した。そして、周縁
部のエッチング後に露出したTaN膜上に吸着したCu
濃度を定量分析した。
結果を表1に示す。
染)は、6×1010原子/cm2で、1011原子/
cm2未満の許容量に抑制できることが判る。実施例2
にあっては、銅付着量は、2×1010原子/cm
2で、1011原子/cm2未満でしかも実施例1より
も銅汚染濃度が低いことが判る。
原子/cm2で、1011原子/cm2未満の許容量以
上であることが判る。また、比較例2から、銅付着量
は、8×1013原子/cm2で、1011原子/cm
2未満の許容量以上であり、リンス開始前に防錆剤処理
する必要があることが判る。更に、比較例3では、銅付
着量は、6×1012原子/cm2で、1011原子/
cm2未満の許容量以上であり、実施例2と同じタイミ
ングで供給したキレート剤のみでは効果が低いことが判
る。
例えば金属材料が露出している基板を洗浄する際、超純
水リンス時に金属が溶出して基板に付着することを抑制
して、金属汚染を抑制することができる。
図である。
施す銅めっき装置の全体図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 基板の表面に薬液を作用させる処理を行
った後、基板の表面から薬液を除去する超純水リンス処
理を行う際に、超純水リンス処理を行う前に防錆剤を含
む薬液による処理を行うことを特徴とする基板処理方
法。 - 【請求項2】 前記防錆剤を含む薬液にキレート剤を添
加することを特徴とする請求項1に記載の基板処理方
法。 - 【請求項3】 前記薬液を作用させる処理が基板の周縁
部の不要な成膜部分をエッチング除去する処理であるこ
とを特徴とする請求項1または2記載の基板処理方法。 - 【請求項4】 基板の表面には銅が成膜されていること
を特徴とする請求項3に記載の基板処理方法。 - 【請求項5】 基板を保持して回転させる基板保持部
と、 該基板保持部で保持される基板の表面に薬液を供給する
薬液供給ノズルと、 前記基板保持部で保持される基板の表面に防錆剤を含む
薬液とリンス用の超純水を個別にまたは兼用して供給す
る洗浄液供給ノズルとを有することを特徴とする基板処
理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001072933A JP3998426B2 (ja) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | 基板処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001072933A JP3998426B2 (ja) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | 基板処理方法 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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