JP2005265985A - Proximity exposure device and exposure method using this proximity aligner - Google Patents

Proximity exposure device and exposure method using this proximity aligner Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a proximity exposure device increased in size so as to achieve adaptation to an enlarged substrate to be processed in recent years by enhancing parallelism and increasing the illuminance of irradiated light while suppressing generation of heat, and also to provide an exposure method using the proximity exposure device. <P>SOLUTION: Pulsing laser output from an excimer laser 1 as a light source impinges on a beam shaping lens 2 and is converted to parallel laser. This parallel laser impinges on a fly eye lens 3 and is output as uniformized laser. This uniformized laser is reflected by a collimation mirror 4 and becomes parallel light, and a mask 7 and an XY drive stage 5 are vertically exposed to the parallel light. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、液晶基板等にマスクパターンを転写するためのプロキシミティ露光装置及びこのプロキシミティ露光装置を用いた露光方法に関する。   The present invention relates to a proximity exposure apparatus for transferring a mask pattern to a liquid crystal substrate or the like, and an exposure method using the proximity exposure apparatus.

近年、液晶用ＴＦＴ、カラーフィルタ、ＰＤＰ等、パネルサイズの大型化、多面付けによる生産効率の向上により、処理基板のサイズが大型化している。そのため、その主たるプロセス装置である露光装置も大型化の必要がある。従来の水銀灯を用いた装置では、露光装置の大型化に伴いスループットが低下してしまう。スループットを向上する手段の一つとして、照射光の照度を上げる方法がある。例えば、特許文献１には、露光機の光源として十分な出力を備えた光源が開示されている。   2. Description of the Related Art In recent years, the size of a processing substrate has been increased due to an increase in panel size, such as a liquid crystal TFT, a color filter, and a PDP, and an improvement in production efficiency due to multi-faceting. Therefore, it is necessary to increase the size of the exposure apparatus which is the main process apparatus. In a conventional apparatus using a mercury lamp, the throughput decreases as the exposure apparatus becomes larger. As one of means for improving the throughput, there is a method of increasing the illuminance of irradiation light. For example, Patent Document 1 discloses a light source having a sufficient output as a light source for an exposure machine.

特開平８−３３４８０３号公報JP-A-8-334803

しかしながら、水銀灯のアークが大きくなるため、水銀灯を試用する限りは、平行度の高い光を得ることが困難で、微細なパターンを正確に転写することができないといった問題点があった。
また、水銀灯からの出力には、長波長側の出力が存在するため、照射光の照度を上げるために水銀灯を大型化すると、長波長側の出力も増加して熱の発生量も増加し、装置の温度が上昇するといった問題点があった。 However, since the arc of the mercury lamp becomes large, as long as the mercury lamp is used, it is difficult to obtain light with a high degree of parallelism, and a fine pattern cannot be accurately transferred.
In addition, since the output from the mercury lamp has a long wavelength side output, if the mercury lamp is enlarged to increase the illuminance of the irradiation light, the long wavelength side output also increases and the amount of heat generated increases. There was a problem that the temperature of the apparatus rose.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、平行度を向上し、かつ熱の発生を抑えながら照射光の照度を上げることにより、近年の大型化した処理基板に対応するための、大型化したプロキシミティ露光装置及びこのプロキシミティ露光装置を用いた露光方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and can cope with a recent large-sized processing substrate by improving the parallelism and increasing the illuminance of irradiation light while suppressing the generation of heat. An object of the present invention is to provide an enlarged proximity exposure apparatus and an exposure method using the proximity exposure apparatus.

この発明に係るプロキシミティ露光装置は、紫外線パルスレーザ発振器と、紫外線パルスレーザ発振器から出射されたレーザの強度を均一化するレーザ均一化部材と、レーザ均一化部材から出射されたレーザを、基板へ平行かつ垂直に入射させる露光部材とから構成される。
紫外線パルスレーザ発振器はエキシマレーザまたはＹＡＧレーザであることが好ましい。
また、紫外線パルスレーザ発振器が複数のＹＡＧレーザから構成され、ＹＡＧレーザそれぞれから出射されるレーザを光ファイバーが伝送し、光ファイバーの出力端を束ねることによって、レーザを集光して出射するようにしてもよい。
ＹＡＧレーザの光源は、基本波波長１０６４ｎｍの固体レーザの第３高調波であることが好ましい。
また、ＹＡＧレーザから出射されるレーザの位相を同期させて発光することが好ましい。
露光部材が基板へ出射させるレーザのコリメーション半角が０．５°以下であることを特徴とする。
さらに、紫外線パルスレーザ発振器からのレーザと、水銀灯からの光が重畳してレーザ均一化部材に入射されるようにしてもよい。 The proximity exposure apparatus according to the present invention includes an ultraviolet pulse laser oscillator, a laser homogenizing member that equalizes the intensity of the laser emitted from the ultraviolet pulse laser oscillator, and the laser emitted from the laser equalizing member to the substrate. And an exposure member that is incident in parallel and perpendicularly.
The ultraviolet pulse laser oscillator is preferably an excimer laser or a YAG laser.
Further, the ultraviolet pulse laser oscillator is composed of a plurality of YAG lasers, and the optical fiber transmits the laser emitted from each of the YAG lasers and bundles the output ends of the optical fibers so that the laser is condensed and emitted. Good.
The light source of the YAG laser is preferably the third harmonic of a solid-state laser having a fundamental wavelength of 1064 nm.
Further, it is preferable to emit light by synchronizing the phase of the laser emitted from the YAG laser.
The collimation half angle of the laser emitted from the exposure member to the substrate is 0.5 ° or less.
Furthermore, the laser from the ultraviolet pulse laser oscillator and the light from the mercury lamp may be superimposed and incident on the laser uniformizing member.

この発明に係るプロキシミティ露光装置を用いて、マスクのパターンを基板に転写することができる。   Using the proximity exposure apparatus according to the present invention, a mask pattern can be transferred to a substrate.

この発明に係るプロキシミティ露光装置及びこのプロキシミティ露光装置を用いた露光方法によれば、光源に紫外線パルスレーザを用いることによって、平行度を上げ、かつ熱の発生を抑えながら照度を上げることによって、プロキシミティ露光装置の大型化を実現することができる。   According to the proximity exposure apparatus and the exposure method using the proximity exposure apparatus according to the present invention, by using an ultraviolet pulse laser as a light source, the parallelism is increased, and the illuminance is increased while suppressing the generation of heat. Therefore, it is possible to increase the size of the proximity exposure apparatus.

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態に係るプロキシミティ露光装置の構成図である。
このプロキシミティ露光装置は、光源に、紫外線パルスレーザを出射するエキシマレーザ１を使用し、凸レンズとシリンドリカルレンズを組み合わせることによって構成されたビーム整形レンズ２、多数のレンズ素子の集合体で構成されるフライアイレンズ３、湾曲した形状のコリメーションミラー４、及び被露光材を載置するためのＸＹ駆動ステージ５から構成される。ここで、エキシマレーザ１は紫外線パルスレーザ発振器を、ビーム整形レンズ２及びフライアイレンズ３はレーザ均一化部材を、コリメーションミラー４は露光部材を構成する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram of a proximity exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
This proximity exposure apparatus uses an excimer laser 1 that emits an ultraviolet pulse laser as a light source, and includes a beam shaping lens 2 formed by combining a convex lens and a cylindrical lens, and an assembly of many lens elements. It comprises a fly-eye lens 3, a curved collimation mirror 4, and an XY drive stage 5 for placing an object to be exposed. Here, the excimer laser 1 constitutes an ultraviolet pulse laser oscillator, the beam shaping lens 2 and fly-eye lens 3 constitute a laser homogenizing member, and the collimation mirror 4 constitutes an exposure member.

次に、この実施の形態に係るプロキシミティ露光装置の動作について説明する。
エキシマレーザ１から出射されるレーザの仕様は、表１に記載された条件が適用され、使用される感光材料の種類によって、適宜選択することができる。
エキシマレーザ１から出射されたパルス状のレーザは、ビーム整形レンズ２に入射し、平行なレーザに変換される。その平行なレーザは、フライアイレンズ３に入射し、均一化されたレーザとして出射さる。その均一化されたレーザは、コリメーションミラー４で反射されて平行光となり、垂直にマスク７及びＸＹ駆動ステージ５上に露光される。 Next, the operation of the proximity exposure apparatus according to this embodiment will be described.
The specification of the laser emitted from the excimer laser 1 applies the conditions described in Table 1, and can be appropriately selected depending on the type of photosensitive material used.
The pulsed laser emitted from the excimer laser 1 enters the beam shaping lens 2 and is converted into a parallel laser. The parallel laser enters the fly-eye lens 3 and is emitted as a uniform laser. The homogenized laser is reflected by the collimation mirror 4 to become parallel light, and is exposed on the mask 7 and the XY drive stage 5 vertically.

Figure 2005265985
Figure 2005265985

ＸＹ駆動ステージ５上には、上面に感光材料が塗布された処理基板６が載置されている。パターンが形成されたマスク７が、処理基板６の上に所定のギャップをもって配置されており、コリメーションミラー４で反射されたレーザを露光させて、処理基板６上にパターンを転写して現像する。この工程を繰り返すことによって、液晶基板等が製造される。   On the XY drive stage 5, a processing substrate 6 having a photosensitive material coated on the upper surface is placed. A mask 7 on which a pattern is formed is disposed on the processing substrate 6 with a predetermined gap, and the pattern reflected on the processing substrate 6 is transferred and developed by exposing the laser beam reflected by the collimation mirror 4. By repeating this process, a liquid crystal substrate or the like is manufactured.

このように、紫外線パルスレーザ発振器であるエキシマレーザ１を光源として使用すると、レーザスペクトルの幅が非常に狭いため、長波長側の出力による熱の発生を防止すると共に照度を上げることができ、露光効果を高めることができる。
また、フライアイレンズ３の径を、水銀灯使用時と比べ、約１／１０程度にコンパクト化することができる。それにより、コリメーション半角が、水銀灯使用時の２〜２．５°から０．５°以下にすることができ、解像度を高めることができる。
さらに、水銀灯使用時には、露光のＯＮ／ＯＦＦを、フライアイレンズ３に設けられたシャッターを開閉することによって行っていた。この場合、シャッターの開閉時間による影響が存在した。しかしながら、光源に、エキシマレーザ１を使用すると、レーザの発振をＯＮ／ＯＦＦすることにより、露光のＯＮ／ＯＦＦが可能となり、シャッター開閉時間による影響をなくすことができる。 As described above, when the excimer laser 1 which is an ultraviolet pulse laser oscillator is used as a light source, the width of the laser spectrum is very narrow, so that generation of heat due to the output on the long wavelength side can be prevented and the illuminance can be increased. The effect can be enhanced.
Further, the diameter of the fly-eye lens 3 can be reduced to about 1/10 compared to when using a mercury lamp. Thereby, the collimation half-angle can be reduced from 2 to 2.5 ° when the mercury lamp is used to 0.5 ° or less, and the resolution can be increased.
Further, when a mercury lamp is used, the exposure is turned on and off by opening and closing a shutter provided on the fly-eye lens 3. In this case, there was an influence due to the opening and closing time of the shutter. However, when the excimer laser 1 is used as the light source, exposure can be turned on / off by turning on / off the laser oscillation, and the influence of the shutter opening / closing time can be eliminated.

この実施の形態において、紫外線パルスレーザ発振器としてエキシマレーザ１を用いたが、ＹＡＧレーザを用いてもよい。この場合、ＹＡＧレーザの光源は、基本波波長１０６４ｎｍの固体レーザの第３高調波（３５５ｎｍ）であることが好ましい。   In this embodiment, the excimer laser 1 is used as the ultraviolet pulse laser oscillator, but a YAG laser may be used. In this case, the light source of the YAG laser is preferably the third harmonic (355 nm) of a solid-state laser having a fundamental wavelength of 1064 nm.

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るプロキシミティ露光装置を、図２に基づいて説明する。尚、以下の実施の形態において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
このプロキシミティ露光装置は、実施の形態１に係る装置において、光源に、複数のＹＡＧレーザ１０を用いたものである。８個のＹＡＧレーザ１０を並列に並べ、それぞれに光ファイバー１１の一端が接続されている。光ファイバー１１の他端は束ねられ、ビーム整形レンズ２にレーザを入射できるように配置されている。 Embodiment 2. FIG.
A proximity exposure apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. In the following embodiments, the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same or similar components, and detailed description thereof will be omitted.
This proximity exposure apparatus uses a plurality of YAG lasers 10 as light sources in the apparatus according to the first embodiment. Eight YAG lasers 10 are arranged in parallel, and one end of the optical fiber 11 is connected to each. The other end of the optical fiber 11 is bundled and arranged so that a laser can enter the beam shaping lens 2.

次に、この実施の形態に係るレーザ露光装置の動作について説明する。
ＹＡＧレーザ１０は、基本波波長１０６４ｎｍの固体レーザであり、第３高調波（３５５ｎｍ）を１０Ｗの出力でパルスレーザを出射する。それぞれのＹＡＧレーザ１０から出射されたレーザは、光ファイバー１１を介して集光され、ビーム整形レンズ２に入射される。ビーム整形レンズ２から出射された平行なレーザは、実施の形態１と同様に、フライアイレンズ３及びコリメーションミラー４を介して、ＸＹ駆動ステージ５上の基板に露光される。 Next, the operation of the laser exposure apparatus according to this embodiment will be described.
The YAG laser 10 is a solid-state laser having a fundamental wave wavelength of 1064 nm, and emits a pulse laser with a third harmonic (355 nm) with an output of 10 W. Laser beams emitted from the respective YAG lasers 10 are condensed via the optical fiber 11 and are incident on the beam shaping lens 2. The parallel laser emitted from the beam shaping lens 2 is exposed to the substrate on the XY drive stage 5 through the fly-eye lens 3 and the collimation mirror 4 as in the first embodiment.

複数のＹＡＧレーザ１０を使用すると、それぞれのＹＡＧレーザ１０から出射されたパルスは干渉しあう。それぞれのパルスの位相が互いに一致しないようにすれば、１つ１つのパルスの強度は同じであるが、パルス間隔が短くなる。一方、互いの位相を一致させると、１つ１つのパルスの強度が増加する。両者のパルスレーザは、レーザ全体の平均エネルギーは同じであるが、１つ１つのパルスの強度や間隔が異なるため、異なった露光効果が得られる。
前者の場合、１つ１つのパルス強度は変わらないため、露光装置内部の光学系の光損傷を防ぐことができる。一方、後者の場合は、瞬間的に高強度のパルスレーザが出射されるため、露光効果を高めることができるものの、強度が高すぎると、露光装置内部の光学系の光損傷を引き起こしてしまう可能性がある。このような場合には、露光効果を最大限に引き出すために、全てのパルスレーザの位相を一致させるのではなく、いくつかのパルスのグループをつくり、そのグループの中でパルスの位相を一致させるようにするとよい。 When a plurality of YAG lasers 10 are used, pulses emitted from the YAG lasers 10 interfere with each other. If the phases of the respective pulses are not matched with each other, the intensity of each pulse is the same, but the pulse interval is shortened. On the other hand, when the phases are matched, the intensity of each pulse increases. Although both pulse lasers have the same average energy of the whole laser, since the intensity and interval of each pulse are different, different exposure effects can be obtained.
In the former case, since the pulse intensity for each one does not change, optical damage in the optical system inside the exposure apparatus can be prevented. On the other hand, in the latter case, since the high-intensity pulse laser is emitted instantaneously, the exposure effect can be enhanced, but if the intensity is too high, optical damage inside the exposure apparatus may be caused. There is sex. In such a case, in order to maximize the exposure effect, instead of matching the phases of all the pulse lasers, create a group of several pulses and match the phases of the pulses within the group. It is good to do so.

このように、ＹＡＧレーザ１０の数は、この実施の形態の８個に限定されるものではなく、適宜設計が可能である。従来の水銀灯では３０ｍＷ／ｃｍ２程度の照度であったのに対し、ＹＡＧレーザ１０の数を変えることによって、５０ｍＷ／ｃｍ２以上の照度を得ることも可能である。さらに、それぞれのパルスレーザの位相を調節することで、照度上昇に伴う露光装置内部の光学系の光損傷を防ぐこともできる。 Thus, the number of YAG lasers 10 is not limited to eight in this embodiment, and can be designed as appropriate. While the conventional mercury lamp has an illuminance of about 30 mW / cm 2, an illuminance of 50 mW / cm 2 or more can be obtained by changing the number of YAG lasers 10. Further, by adjusting the phase of each pulse laser, it is possible to prevent optical damage of the optical system inside the exposure apparatus accompanying an increase in illuminance.

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係るプロキシミティ露光装置を図３に基づいて説明する。
このプロキシミティ露光装置は、光源に、複数のＹＡＧレーザ１０と共に、水銀灯２０を併用し、ビーム整形レンズ２、貫通する穴２２を有する平面ミラー２１、フライアイレンズ３、コリメーションミラー４、平面ミラー２４、及びＸＹ駆動ステージ５から構成される。この実施の形態では、ＹＡＧレーザ１０を３個使用しているが、３個に限定されるものではなく、適宜設計が可能である。 Embodiment 3 FIG.
Next, a proximity exposure apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG.
This proximity exposure apparatus uses a mercury lamp 20 together with a plurality of YAG lasers 10 as a light source, a beam shaping lens 2, a plane mirror 21 having a through hole 22, a fly-eye lens 3, a collimation mirror 4, and a plane mirror 24. And an XY drive stage 5. In this embodiment, three YAG lasers 10 are used. However, the number is not limited to three, and can be appropriately designed.

次に、この実施の形態に係るプロキシミティ露光装置の動作について説明する。
実施の形態２と同様に、それぞれのＹＡＧレーザ１０から出射されたパルスレーザは、光ファイバー１１を介して集光され、ビーム整形レンズ２に入射される。ビーム整形レンズ２から出射されたレーザは、平面ミラー２１に空けられた穴２２を通り、フライアイレンズ３に入射する。一方、水銀灯２０には楕円ミラー２３が設けられ、水銀灯２０から出射された光は楕円ミラー２３によって反射され、さらに平面ミラー２１によって反射されてフライアイレンズ３に入射する。
フライアイレンズ３からは、均一化されたレーザが出射され、コリメーションミラー４に反射され、さらに平面ミラー２４に反射されて、ＸＹ駆動ステージ５に露光される。 Next, the operation of the proximity exposure apparatus according to this embodiment will be described.
As in the second embodiment, the pulse laser emitted from each YAG laser 10 is condensed via the optical fiber 11 and is incident on the beam shaping lens 2. The laser emitted from the beam shaping lens 2 passes through the hole 22 formed in the plane mirror 21 and enters the fly-eye lens 3. On the other hand, the mercury lamp 20 is provided with an elliptical mirror 23, and the light emitted from the mercury lamp 20 is reflected by the elliptical mirror 23, further reflected by the flat mirror 21 and incident on the fly-eye lens 3.
A uniform laser is emitted from the fly-eye lens 3, reflected by the collimation mirror 4, further reflected by the plane mirror 24, and exposed to the XY drive stage 5.

このように、照射光の照度を上げるために、必要な数のＹＡＧレーザ１０を追加するように構成したため、ＹＡＧレーザ１０の個数を少なくでき、コストの上昇を抑えることができる。   As described above, since the necessary number of YAG lasers 10 is added to increase the illuminance of the irradiation light, the number of YAG lasers 10 can be reduced, and an increase in cost can be suppressed.

この発明の実施の形態１に係るプロキシミティ露光装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the proximity exposure apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２に係るプロキシミティ露光装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the proximity exposure apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態３に係るプロキシミティ露光装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the proximity exposure apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ エキシマレーザ、２ ビーム整形レンズ、３ フライアイレンズ、４ コリメーションミラー、５ ＸＹ駆動ステージ、６ 基板、７ マスク、１０ ＹＡＧレーザ、１１ 光ファイバー、２０ 水銀灯。   1 excimer laser, 2 beam shaping lens, 3 fly eye lens, 4 collimation mirror, 5 XY drive stage, 6 substrate, 7 mask, 10 YAG laser, 11 optical fiber, 20 mercury lamp.

Claims (9)

マスクのパターンを基板に転写するプロキシミティ露光装置であって、
紫外線パルスレーザ発振器と、
前記紫外線パルスレーザ発振器から出射されたレーザの強度を均一化するレーザ均一化部材と、
前記レーザ均一化部材から出射されたレーザを、前記基板へ平行かつ垂直に入射させる露光部材とから構成されるプロキシミティ露光装置。 A proximity exposure apparatus that transfers a mask pattern onto a substrate,
An ultraviolet pulse laser oscillator,
A laser homogenizing member for homogenizing the intensity of the laser emitted from the ultraviolet pulse laser oscillator;
A proximity exposure apparatus comprising: an exposure member that causes a laser beam emitted from the laser uniformizing member to enter the substrate in parallel and perpendicularly. 前記紫外線パルスレーザ発振器がエキシマレーザである請求項１に記載のプロキシミティ露光装置。   The proximity exposure apparatus according to claim 1, wherein the ultraviolet pulse laser oscillator is an excimer laser. 前記紫外線パルスレーザ発振器がＹＡＧレーザである請求項１に記載のプロキシミティ露光装置。   The proximity exposure apparatus according to claim 1, wherein the ultraviolet pulse laser oscillator is a YAG laser. 前記紫外線パルスレーザ発振器が複数のＹＡＧレーザから構成され、
前記ＹＡＧレーザそれぞれから出射されるレーザを光ファイバーが伝送し、
前記光ファイバーの出力端を束ねることによって、前記レーザを集光して出射することを特徴とする請求項１に記載のプロキシミティ露光装置。 The ultraviolet pulse laser oscillator is composed of a plurality of YAG lasers,
An optical fiber transmits a laser emitted from each of the YAG lasers,
The proximity exposure apparatus according to claim 1, wherein the laser is condensed and emitted by bundling the output ends of the optical fibers. 前記ＹＡＧレーザの光源が、基本波波長１０６４ｎｍの固体レーザの第３高調波であることを特徴とする請求項３または４に記載のプロキシミティ露光装置。   5. The proximity exposure apparatus according to claim 3, wherein a light source of the YAG laser is a third harmonic of a solid-state laser having a fundamental wavelength of 1064 nm. 前記複数のＹＡＧレーザから出射される前記レーザの位相を同期させて発光することを特徴とする請求項４または５に記載のプロキシミティ露光装置。   6. The proximity exposure apparatus according to claim 4, wherein the laser beams emitted from the plurality of YAG lasers emit light in synchronization with each other. 前記露光部材が前記基板へ出射させるレーザのコリメーション半角が０．５°以下であることを特徴とする請求項１〜６いずれか一項に記載のプロキシミティ露光装置。   The proximity exposure apparatus according to claim 1, wherein a collimation half angle of a laser emitted from the exposure member to the substrate is 0.5 ° or less. 前記紫外線パルスレーザ発振器からのレーザと、水銀灯からの光が重畳して前記レーザ均一化部材に入射されることを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載のプロキシミティ露光装置。   The proximity exposure apparatus according to claim 1, wherein a laser from the ultraviolet pulse laser oscillator and light from a mercury lamp are superimposed and incident on the laser uniformizing member. 請求項１〜８いずれか一項に記載のプロキシミティ露光装置を用いて、マスクのパターンを基板に転写する露光方法。   An exposure method for transferring a mask pattern onto a substrate using the proximity exposure apparatus according to claim 1.
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