JP2010040794A - 減光ユニット、検出装置、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡素な構成にしたがって、所望の減光率を容易に且つ迅速に実現することのできる減光ユニット。
【解決手段】 入射した光束の光強度を減衰させて射出する減光ユニット（１３）は、光透過性の基板（１３ａ）と、この該基板に接するように着脱自在に配置された所定の減光率分布を有する減光フィルム（１３ｂ）と、基板と減光フィルムとの位置関係を保持するための保持部材（１３ｃ：１３ｃａ，１３ｃｂ）とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、減光ユニット、検出装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、例えば半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に用いられる各種センサのための光量調整用の減光ユニットに関するものである。

この種の露光装置では、照明光（露光光）の本来の照明光路中や照明光路から分岐した分岐光路中に各種のセンサが設けられている。そして、各種センサへの入射光の減光手段として、主にガラス基板にＣｒ（クロム）膜を蒸着させた光量調整用のＮＤフィルタ（濃度フィルタ）が使用されている。ＮＤフィルタでは、Ｃｒ膜の膜厚をコントロールすることにより、所望の減光率を達成している。

ＮＤフィルタの減光率はＣｒ膜の膜厚に依存するため、所望の減光率ごとに所要の膜厚のＣｒ膜が蒸着されたＮＤフィルタが必要となる。したがって、減光率の異なる新たなＮＤフィルタを使用する場合、ガラス基板の確保から開始して、所要の膜厚のＣｒ膜を蒸着しなければならないため、対応するまでのリードタイムが長くなってしまう。

減光率の異なる新たなＮＤフィルタの使用に迅速に対応するには、減光率の異なるＮＤフィルタを数多く確保しなければならない。この場合、実際に使用するＮＤフィルタ以外の多くのＮＤフィルタが余剰品となって無駄になる。特に、露光装置で使用される各種センサのためのＮＤフィルタでは微妙な光量調整が要求されることが多く、確保すべきＮＤフィルタの枚数も増大する傾向にある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、比較的簡素な構成にしたがって、所望の減光率を容易に且つ迅速に実現することのできる減光ユニットを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、入射した光束の光強度を減衰させて射出する減光ユニットであって、
光透過性の基板と、該基板に接するように着脱自在に配置された所定の減光率分布を有する減光フィルムとを備えていることを特徴とする減光ユニットを提供する。

本発明の第２形態では、第１形態の減光ユニットと、該減光ユニットを経た光を検出する光検出器とを備えていることを特徴とする検出装置を提供する。

本発明の第３形態では、第１形態の減光ユニットを備え、所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第４形態では、第２形態の検出装置を備え、所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第５形態では、第３形態または第４形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明では、従来技術においてガラス基板に蒸着させていたＣｒ膜の部分をフィルム化するという着想に基づいて、減光フィルムを光透過性の基板に接するように着脱自在に配置することにより、ＮＤフィルタの機能を有する減光ユニットを実現している。その結果、本発明の減光ユニットでは、例えば異なる減光率を有する複数の減光フィルムと１つの基板とを準備し、基板に接するように配置すべき減光フィルムを所要の減光率を有する減光フィルムに切り換えるだけで、比較的簡素な構成にしたがって所望の減光率を容易に且つ迅速に実現することができる。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸をそれぞれ設定している。

図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源ＬＳから露光光（照明光）が供給される。光源ＬＳとして、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源ＬＳから射出されたほぼ平行な光束は、周知の構成を有するビーム送光系１に入射する。

ビーム送光系１に入射した光束は、所定の矩形状の断面を有する光束に整形された後、ビーム形状可変部２を介して、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）３に入射する。ビーム送光系１は、入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつビーム形状可変部２へ導くとともに、ビーム形状可変部２（ひいてはマイクロフライアイレンズ３）へ入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。

ビーム形状可変部２は、回折光学素子２ａ、変倍光学系（不図示）などを含み、マイクロフライアイレンズ３の入射面に形成される照野の大きさおよび形状を、ひいてはマイクロフライアイレンズ３の後側焦点面に形成される実質的な面光源の大きさおよび形状を変化させる機能を有する。回折光学素子２ａは、入射光束の光束断面形状を異なる光束断面形状に変換する光学素子である。

一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。マイクロフライアイレンズ３は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。

マイクロフライアイレンズでは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。なお、マイクロフライアイレンズ３に代えて、回折光学素子や角柱状のロッド型インテグレータのようなオプティカルインテグレータを用いることもできる。

マイクロフライアイレンズ３に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロフライアイレンズ３の後側焦点面には、多数の光源からなる実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。マイクロフライアイレンズ３の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、ビームスプリッター１１に入射する。

ビームスプリッター１１によって反射された光は、照明光路の外へ導かれ、リレー光学系１２および減光ユニット１３を介して、光検出器１４に入射する。本実施形態にかかる減光ユニット１３の構成および作用、並びにビームスプリッター１１とリレー光学系１２と減光ユニット１３と光検出器１４とにより構成される瞳強度モニター１０の作用については後述する。

ビームスプリッター１１を透過した光は、照明光路に沿って導かれ、コンデンサー光学系４を介してマスクブラインド５を重畳的に照明する。なお、マイクロフライアイレンズ３の後側または前側に開口絞りを配置して光束を制限することも可能である。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド５には、マイクロフライアイレンズ３を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。

マスクブラインド５の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系６の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスク（レチクル）Ｍを重畳的に照明する。すなわち、結像光学系６は、マスクブラインド５の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。

マスクステージＭＳによって支持されたマスクＭを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳによって支持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。

瞳強度モニター１０は、例えば光検出器１４としてＣＣＤ撮像部を備え、その撮像面がマイクロフライアイレンズ３の後側焦点面の照明瞳と光学的に共役な位置に配置されている。こうして、瞳強度モニター１０は、照明瞳と光学的に共役な位置における光強度分布の情報に基づいて、照明瞳に形成される光強度分布、すなわち瞳強度分布を計測する。

瞳強度モニター１０では、センサとしての光検出器１４の検出感度などに応じて、光強度の最大値が所定の値以下に抑えられた所要の光強度の光束を光検出器１４に入射させる必要がある。この目的のため、瞳強度モニター１０は、入射した光束の光強度を所要の減光率で一律に減衰させて射出する減光ユニット１３を備え、この減光ユニット１３を介して光量調整された光束を光検出器１４に入射させている。

減光ユニット１３は、図２に示すように、光透過性の基板１３ａと、減光フィルム１３ｂと、保持部材１３ｃとを備えている。基板１３ａは、例えば円形状の外形形状を有するガラス基板であって、平行平面板の形態を有する。減光フィルム１３ｂは、基板１３ａとほぼ同じ外形形状を有し、露光光に対する耐久性および減光特性を有する光学材料、例えばフッ素系ポリマーまたはフッ素樹脂により形成されている。

また、減光フィルム１３ｂは、有効領域（有効光束が通過する領域）の全体に亘って一定の厚さを有する。その結果、減光フィルム１３ｂは、その厚さに応じて、有効領域の全体に亘って一定の減光率分布を有することになる。減光ユニット１３は、互いに異なる減光率を有する複数の減光フィルム、すなわち互いに厚さの異なる複数の減光フィルムを交換可能に備えている。

保持部材１３ｃは、基板１３ａおよび減光フィルム１３ｂの外形形状に応じた一対の円環状の部材１３ｃａと１３ｃｂとを有する。この一対の部材１３ｃａと１３ｃｂとは、互いに接するように配置された基板１３ａおよび減光フィルム１３ｂを両側から挟み込む姿勢で互いに係合するように構成されている。

減光ユニット１３では、異なる減光率を有する複数の減光フィルムから所望の減光率を有する減光フィルム１３ｂを選択し、選択した減光フィルム１３ｂを基板１３ａに接するように配置する。そして、互いに接するように配置された基板１３ａおよび減光フィルム１３ｂを両側から挟み込むように、保持部材１３の一対の部材１３ｃａと１３ｃｂとを互いに係合させることにより、基板１３ａと減光フィルム１３ｂとの位置関係を所要の状態に保持して固定する。

このように、本実施形態では、減光フィルム１３ｂを基板１３ａに接するように着脱自在に配置することにより、ＮＤフィルタの機能を有する減光ユニット１３を実現している。その結果、減光ユニット１３では、例えば異なる減光率を有する複数の減光フィルムと１つの基板１３ａとを準備し、基板１３ａに接するように配置すべき減光フィルムを所要の減光率を有する減光フィルム１３ｂに切り換えるだけで、比較的簡素な構成にしたがって所望の減光率を容易に且つ迅速に実現することができる。

具体的に、瞳強度モニター１０の場合、異なる減光率を有する複数の減光フィルムから、光検出器１４の検出感度などに応じた所要の減光率を有する減光フィルム１３ｂを選択し、この減光フィルム１３ｂを基板１３ａに接するように配置して組み立てるだけで、容易に且つ迅速に所要の減光ユニット１３を用意することができる。また、瞳強度モニター１０において減光ユニット１３に要求される特性が何らかの理由で変化することがあっても、所要の減光率を有する新たな減光フィルムに切り換えるだけで、容易に且つ迅速に減光ユニット１３の特性を所要の減光特性に変更することができる。

なお、上述の説明では、瞳強度分布を計測する瞳強度モニター１０中のセンサのための減光ユニットに対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、露光装置や検出装置を含む他の適当な光学装置で用いられる様々なセンサのための減光ユニットに対しても同様に、本発明を適用することができる。

一例として、露光装置の場合、送光ビーム系においてビームの位置を検出する位置センサや、光軸に対するビームの角度を検出する角度センサに対して、本発明の減光ユニットを適用することができる。また、感光性基板（ウェハなど）に達する光の平均的な強度を検出する露光量モニターに用いられる光量センサ、マスク用のアライメント系や感光性基板用のアライメント系に用いられる各種センサなどに対して、本発明の減光ユニットを適用することができる。

また、上述の説明では、入射光束の光強度を所要の減光率で一律に減衰させる一律減衰型の減光ユニットに対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、入射光束の光強度を所要の減光率分布にしたがって減衰させる分布減衰型の減光ユニットに対して本発明を適用することもできる。分布減衰型の減光ユニットは、有効領域の全体に亘って一定の厚さを有する減光フィルム１３ｂに代えて、図３に示すような有効領域の全体に亘って変化する厚さ分布を有する減光フィルム１３ｄを用いることにより実現される。

図３の変形例にかかる減光ユニットに用いられる減光フィルム１３ｄでは、一例として、基板１３ａに接するように配置される面１３ｄａが平面状に形成され、面１３ｄａに対向する面１３ｄｂが外側に凸の円筒面状に形成されている。この場合、減光フィルム１３ｄの厚さは図３中の水平方向に沿って変化し、ひいては減光フィルム１３ｄの減光率分布も図３中の水平方向に沿って変化することになる。

分布減衰型の減光ユニットも、一律減衰型の場合と同様に、互いに異なる減光率分布を有する複数の減光フィルム、すなわち互いに厚さ分布の異なる複数の減光フィルムを交換可能に備えている。したがって、異なる減光率分布を有する複数の減光フィルムから所望の減光率分布を有する減光フィルム１３ｄを選択し、選択した減光フィルム１３ｄを基板１３ａに接するように配置することにより、容易に且つ迅速に所要の分布減衰型の減光ユニットを用意することができる。

分布減衰型の減光ユニットについては、いわゆるムラ補正フィルタの機能を有する光学要素として様々な用途が可能である。例えば、本実施形態の露光装置の場合、被照射面であるマスクＭのパターン面またはウェハＷの露光面と光学的に共役な位置、例えばマスクブラインド５の近傍の位置に分布減衰型の減光ユニットを配置することにより、被照射面における照度分布を調整することができる。また、被照射面と光学的にフーリエ変換の関係にある位置、例えば結像光学系６の瞳面の位置に分布減衰型の減光ユニットを配置することにより、投影光学系ＰＬの瞳面に形成される瞳強度分布を調整することができる。

また、上述の説明では、互いに係合する一対の円環状の部材１３ｃａと１３ｃｂとにより保持部材１３ｃを構成しているが、保持部材の具体的な構成については様々な形態が可能である。また、減光フィルムを基板に接するように配置するだけで、減光フィルムと基板とが密着してその位置関係が保持される場合には、保持部材の利用を省略することもできる。

なお、上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットに開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。なお、パターン面が横置きの場合であっても可変パターン形成装置を用いても良い。

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図４は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図４に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。

ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。

図５は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図５に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。

ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。

ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当な光源、たとえばｉ線（波長３６５ｎｍ）の光を供給する水銀ランプなどを用いる露光装置に対して本発明を適用することもできる。

また、上述の実施形態では、露光装置において用いられるセンサのための減光ユニットに対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、一般に、入射した光束の光強度を減衰させて射出する減光ユニットに対して本発明を適用することができる。

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 本実施形態にかかる減光ユニットの構成を概略的に示す図である。 本実施形態の変形例にかかる減光ユニットの要部構成を概略的に示す図である。 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ビーム送光系
２ ビーム形状可変部
３ マイクロフライアイレンズ
４ コンデンサー光学系
５ マスクブラインド
６ 結像光学系
１０ 瞳強度モニター
１３ 減光ユニット
１３ａ 基板
１３ｂ，１３ｄ 減光フィルム
１３ｃ 保持部材
１４ 光検出器
ＬＳ 光源
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (11)

1. 入射した光束の光強度を減衰させて射出する減光ユニットであって、
   光透過性の基板と、該基板に接するように着脱自在に配置された所定の減光率分布を有する減光フィルムとを備えていることを特徴とする減光ユニット。
2. 前記基板は、平行平面板の形態を有することを特徴とする請求項１に記載の減光ユニット。
3. 前記減光フィルムは、フッ素系ポリマーまたはフッ素樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の減光ユニット。
4. 前記減光フィルムは、有効領域の全体に亘って一定の厚さを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の減光ユニット。
5. 前記減光フィルムは、有効領域の全体に亘って変化する厚さ分布を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の減光ユニット。
6. 前記減光フィルムと異なる減光率分布を有する別の減光フィルムを交換可能に備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の減光ユニット。
7. 前記基板と前記減光フィルムとの位置関係を保持するための保持部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の減光ユニット。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の減光ユニットと、該減光ユニットを経た光を検出する光検出器とを備えていることを特徴とする検出装置。
9. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の減光ユニットを備え、所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
10. 請求項８に記載の検出装置を備え、所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
11. 請求項９または１０に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
    前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
    前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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