JP2018010192A - 反射型マスク用ブランク、反射型マスク及び反射型マスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射型フォトマスクにおける射影効果の発生を抑制し、パターンの像の転写性能を向上させる。【解決手段】波長５ｎｍから１５ｎｍの光を露光光とするリソグラフィで用いられる反射型マスク用ブランク１０から形成した反射型マスク１００が、基板１１と、基板１１の一方の面に形成され、凸パターン及び凸パターンの間に形成された凹パターンを有する多層反射膜１２と、基板１１の裏面に形成された裏面導電膜１３と、多層反射膜１２の基板１１対向面と逆側の面に形成された犠牲膜１４と、を備え、基板１１は、凹パターンから露出するおもて面に、３０００ｎｍ以下のピッチで形成された複数の凸部を有している。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製造技術に関し、特に極端紫外線（ＥＵＶ：Extreme Ultra Violet）を使用したリソグラフィ（Lithography）で使用するＥＵＶＬマスクに関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体デバイスの微細化に伴い、フォトリソグラフィ技術の微細化に対する要求が高まっている。既に、リソグラフィの露光も、従来の波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を用いた露光から、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ領域の光を用いた露光に置き換わりつつある。

ＥＵＶ露光用のマスク（ＥＵＶマスク）は、ＥＵＶ領域の光に対してほとんどの物質が高い光吸収性をもつため、従来の透過型のマスクとは異なり、反射型のマスクである（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ガラス基板上にモリブデン（Ｍｏ）層及びシリコン（Ｓｉ）層を交互に積層して多層膜からなる光反射膜を形成し、その上にタンタル（Ｔａ）を主成分とする光吸収膜によりパターンを形成してＥＵＶ露光用マスクを得る技術が開示されている。

また、ＥＵＶ領域の露光光は、上述のとおり光の透過を利用する屈折光学系が使用できないことから、露光機の光学系も反射型となる。このため、透過型のビームスプリッターを利用した偏光が不可能である。従って、反射型マスクでは、マスクへの入射光と反射光が同軸上に設計できない欠点がある。このため、ＥＵＶマスクは、６度程度光軸を傾けてマスクへ入射させた光の反射光を半導体基板に導く手法が採用されている。この手法では、光軸を傾斜させることから、マスクパターンに対する光の入射方向に依存して、半導体基板上でマスクの配線パターンがマスクパターンとは異なる線幅となる射影効果と呼ばれる問題がある。

そこで、この射影効果を抑制ないし軽減するために、マスクパターンを形成している光吸収膜の膜厚を薄膜化する提案がなされている。しかしながら、この手法では、ＥＵＶ領域の露光光を吸収するのに必要な光の減衰量が不足するため、半導体基板への反射光が増加し、半導体基板上に塗布されたレジスト膜を感光させてしまう問題が発生する。また、半導体基板では、チップを多面付で露光するために、隣接するチップにおいてはその境界領域において多重露光が発生する。
さらに、ＥＵＶ領域の露光光源は、波長１３．５ｎｍにおいてその放射スペクトルのピークを有するが、アウトオブバンド（Out of Band）光と呼ばれる１３．５ｎｍ帯以外の真空紫外線から近赤外線領域の光も放射することが知られている。このアウトオブバンド光は、本来不必要なものであり、かつ半導体ウェハ基板に塗布されたレジストを感光する。このため、アウトオブバンド光は、フィルターなどで除去されるべき不要な光である。

そこで、光吸収膜による斜影効果を根本的になくすために、ＥＵＶ露光用マスクにおいて光吸収膜を設けず、ＥＵＶ領域の露光光の反射に寄与する多層反射膜をエッチングなどの手段によって除去し、母材の石英おもて面を露出させる構造の提案もある（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、ＥＵＶ露光用マスクは、基板のＥＵＶマスクのパターン側とは反対面に、露光機のマスクステージに静電チャックするための層として窒化クロム（ＣｒＮ）等からなる裏面導電膜を形成する場合がある。このようなＥＵＶ露光用マスクでは、アウトバンド光が基板の石英を透過して裏面導電膜にて反射し、再度石英を透過して半導体基板側に放射し半導体基板に塗布されたレジストを感光する問題が残っている。

特開２００７−２７３６５１号公報 特開２０１５−０５６４５１号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、射影効果の発生を抑制し、パターンの像の転写性能を向上させる事ができる反射型マスク用ブランク、反射型マスク及び反射型マスクの製造方法を提供する事にある。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る反射型マスク用ブランクは、波長５ｎｍから１５ｎｍの光を露光光とするリソグラフィで用いられる反射型マスク用ブランクであって、基板と、基板のおもて面に形成された多層反射膜と、基板の裏面に形成された裏面導電膜と、多層反射膜の基板対向面と逆側の面に形成された犠牲膜と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る反射型マスクは、基板と、基板の一方の面に形成され、凸パターン及び凸パターンの間に形成された凹パターンを有する多層反射膜と、基板の裏面に形成された裏面導電膜と、多層反射膜の基板対向面と逆側の面に形成された犠牲膜と、を備え、基板は、前記凹パターンから露出するおもて面に、３０００ｎｍ以下のピッチで形成された複数の凸部を有することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る反射型マスクの製造方法は、基板上に、リソグラフィ用として波長５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の光を含む露光光を反射する多層反射膜を形成する多層反射膜形成工程と、多層反射膜の一部を選択的に除去することにより、回路パターンを形成する回路パターン形成工程と、回路パターンが形成された回路パターン形成領域及び回路パターン形成領域の外周領域において、多層反射膜が除去されたことにより露出した基板のおもて面に、複数の凸部を形成する凸部形成工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、斜影効果の影響を抑制する事で、パターンの像の転写性能を向上する事ができる。

本発明の実施形態に係る反射型マスク用ブランクの一構成例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る反射型マスクの一構成例を示す平面図及び断面図である。 本発明の実施形態に係る反射型マスクの製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る反射型マスクの製造方法の一例を示す工程断面図である。 本発明の実施形態に係る反射型マスクの製造方法の一例を示す工程断面図である。 本発明の実施形態に係る反射型マスクの製造方法の一例を示す工程断面図である。 本発明の実施形態に係る反射型マスクの反射率の測定結果を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態において膜として記載している部分については、膜を層としても良い。

先ず、本発明の一実施形態に係る反射型マスク用ブランク及び反射型マスクについて、図１および図２を参照して説明する。
図１は、反射型マスク用ブランク１０の断面図である。より具体的には、反射型マスク用ブランク１０は、ＥＵＶ光を用いた露光に使用するマスク用ブランクであり、反射型マスク１００の前駆体となる。ＥＵＶ光の波長は、波長５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、例えば１３．５ｎｍである。
また、図２は、反射型マスク用ブランク１０に所望のパターンを形成することによって作製された反射型マスク１００を説明する図であり、図２（ａ）は反射型マスク１００の平面図、図２（ｂ）は反射型マスク１００の断面図である。

（反射型マスク用ブランク）
図１に示すように、反射型マスク用ブランク１０は、基板１１と、基板１１のおもて面に形成された多層反射膜１２と、基板１１の裏面に形成された裏面導電膜１３と、多層反射膜１２の基板１１対向面と逆側の面に形成された犠牲膜１４とを備えている。
基板１１は、おもて面に多層反射膜１２及び裏面導電膜１３を密着性よく均一に成膜でき、ＥＵＶ領域の露光光を十分に透過できる材料により形成されていれば、いずれの材料で形成されていても構わない。基板１１は、例えば、合成石英ガラスにより形成される。

多層反射膜１２は、反射型マスク１００を形成する際に、反射型マスク１００の回路パターンＡ（図２（ａ）参照）を形成する面にＥＵＶ領域の露光光を反射するための膜である。多層反射膜１２は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）膜及びケイ素（Ｓｉ）膜が交互に数十層ずつ積層され、最上層がケイ素（Ｓｉ）膜となるように積層されて形成される。

裏面導電膜１３は、露光機のマスクステージに静電チャックするための層であり、導電性を有する材料、例えば金属元素を含む材料により形成されている。裏面導電膜１３は、例えば、窒化クロム（ＣｒＮ）を含むことが好ましい。
また、裏面導電膜１３は、厚さが２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。
なお、静電チャックを用いずに露光機のマスクステージに反射型マスク用ブランク１０をチャックする場合、チャッキング方法によっては、裏面導電膜１３を設けずに反射型マスク用ブランク１０を形成してもよい。

犠牲膜１４は、エッチング時の選択比を向上させるために設けられる層であり、基板１１との間で大きなエッチング選択比が確保できる材料により形成されている。犠牲層１４の材料としては、例えば、炭素（Ｃ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）及びモリブデン（Ｍｏ）を含む材料やそれらの酸化物、窒化物等が挙げられる。

なお、犠牲層１４は、最終的にパターン領域外周の遮光領域にもなる。このため、犠牲層１４は、ＴａＢやＴａＢＯを主としたＥＵＶ領域の露光光を吸収しやすい材料を含むことが好ましい。
また、犠牲層１４は、厚さが８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であることが好ましい。

（反射型マスク）
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、反射型マスク１００は、反射型マスク用ブランク１０に所望のパターンを形成することによって作製される。
反射型マスク１００は、基板１１と、基板１１のおもて面に形成された多層反射膜１２と、基板１１の裏面に形成された裏面導電膜１３と、多層反射膜１２の基板１１対向面と逆側の面に形成された犠牲膜１４と、を備えている。
反射型マスク１００において、多層反射膜１２は、凸パターン及び凸パターンの間に形成された凹パターン（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照。以下、回路パターンＡと記載する場合がある）を有している。また、反射型マスク１００において、基板１１は、おもて面（多層反射膜１２対向面）に、低反射パターン１５を有している。さらに、反射型マスク１００において、犠牲膜１４は、多層反射膜１２の凹凸パターン領域外周の遮光領域にのみ形成されている。

回路パターンＡは、回路パターンに合わせて多層反射膜１２が選択的に基板１１上に残された凸パターン構造を有している。
低反射パターン１５は、回路パターンＡにおいて多層反射膜１２が選択的に除去された凹パターンのおもて面（すなわち、凹パターンから露出する基板１１のおもて面）に形成されている。低反射パターン１５は、３０００ｎｍ以下のピッチで形成された複数の凸部を有している。これら複数の凸部は、基板１１の厚み方向に形成された凹部同士の間にそれぞれ設けられる。これらの凸部は、２８０ｎｍ以上の高さで形成される。すなわち、基板１１の厚み方向に形成された複数の凹部が、基板に対して２８０ｎｍ以上深くエッチングされて形成されることで、複数の凸部が形成される。低反射パターン１５は、露光光に含まれる１４０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長を有し反射型マスク１００に入射するアウトオブバンド光の反射を抑制する。

（反射型マスクの製造方法）
以下、反射型マスク１００の製造方法を、図３並びに図４から図６を参照して説明する。反射型マスク１００の製造方法は、反射型マスク用ブランクの製造方法と、反射型マスクの製造方法とに分けて説明する。
ここで、図３は反射型マスク１００の製造工程を示すフローチャートである。また、図４（ａ）から図４（ｆ）、図５（ａ）から図５（ｅ）及び図６（ａ）から図６（ｅ）は、反射型マスク１００の製造工程における、各工程での加工状態の断面を示す断面工程図である。

（反射型マスク用ブランクの製造方法）
反射型マスク用ブランク１０の作製工程を説明する。ＥＵＶ領域の露光光の波長は、例えば１３．５ｎｍである。
最初に、石英基板からなる、６インチ角で厚さは６．３５ｍｍの基板１１を準備する。
続いて、反射型マスク１００の一方の面（回路パターンＡを形成する面）に、ＥＵＶ領域の露光光を反射するための多層反射膜１２を成膜する。多層反射膜１２は、厚さ４．２ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）膜と、厚さ２．８ｎｍのケイ素（Ｓｉ）膜とを、イオンビームスパッタリング装置で交互に４０対、合計８０層形成する。このとき、多層反射膜１２の最上層がケイ素（Ｓｉ）膜となるように、モリブデン（Ｍｏ）膜及びケイ素（Ｓｉ）膜を積層する。
次に、多層反射膜１２上に、犠牲膜１４を形成する。犠牲膜１４は、多層反射膜１２とのエッチング選択比が十分に確保できるＴａＢ又はＴａＢＯを主とした材料を用い、イオンビームスパッタリング装置により例えば８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の厚みで成膜して形成される。
最後に、基板１１の、多層反射膜１２形成面（回路パターンＡ形成面）と反対の面上に裏面導電膜１３を形成する。裏面導電膜１３は、例えば窒化クロム（ＣｒＮ）をマグネトロンスパッタや塗布により２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚みで成膜することにより形成される。

（反射型マスクの製造方法）
次に、反射型マスクの製造方法について図３及び図４を参照して説明する。反射型マスクの製造方法は、回路パターンＡを形成する工程と、基板１１に低反射パターン２６を形成する工程と、多層反射膜１２を形成する工程とに分けて説明する。

＜回路パターンＡ形成工程＞
回路パターンＡ形成工程では、回路パターンＡとなる多層反射膜１２の凸パターンと、凸パターンと凸パターンとの間に設けられた凹パターンとを形成する。回路パターンＡ形成工程は、図３に示すステップＳ１からステップＳ７、及び図４（ａ）から図４（ｆ）に対応する。
最初に、図４（ａ）に示す反射型マスク用ブランク１０の犠牲膜１４のおもて面に、電子線に反応を示す化学増幅系や非化学増幅系のレジスト２１を塗布する（図３のステップＳ１及び図４（ｂ））。続いて、電子線描画装置により、レジスト２１に所定の回路パターンＡに対応するパターンで露光を行う（図３のステップＳ２及び図４（ｃ））。

その後、アルカリ溶液などで現像を行い、電子線描画装置により露光されたレジスト２１の一部を除去してレジストパターンを形成する（図３のステップＳ３及び図４（ｄ））。ステップＳ３において形成したレジスト２１のレジストパターンをマスクにして、フッ素系ガスや塩素系ガスを用いたガスプラズマにより犠牲膜１４及び多層反射膜１２のエッチングを行う（図３のステップＳ４及び図４（ｅ））。
なお、金属を含む犠牲層１４は、ドライエッチングではフッ素系ガスや塩素系ガスなどのガス種の選択によってはエッチング反応が進まない場合がある。このため、始めに犠牲層１４のエッチングを行い、犠牲層１４上にパターンを形成した後、ガス種を変えて犠牲層１４をマスクに多層反射膜１２のエッチングを行う必要がある。

続いて、酸素プラズマによる灰化、硫酸又はオゾン水等の酸化薬液による分解、もしくは有機溶剤等による溶解除去により、不要なレジスト２１を除去する(図３のステップＳ５及び図４（ｆ）)。その後、必要に応じて、酸・アルカリ系薬品、オゾンガス又は水素ガス等を溶解した超純水、有機アルカリ系薬品又は界面活性剤等による洗浄処理(図３のステップＳ６及び図４（ｆ）)と、遠心力を利用したスピン乾燥(図３のステップＳ７及び図４（ｆ）)とを行う。
以上のステップＳ１からステップＳ７の工程により、多層反射膜１２の一部が除去されて、凸パターン及び凹パターンからなる回路パターンＡが形成される。

＜低反射パターン形成工程＞
低反射パターン形成工程では、回路パターンＡの凹パターンから露出する基板１１のおもて面に、複数の凸部を形成することにより、低反射パターン１５を形成する。低反射パターン形成工程は、図３に示すステップＳ８からステップＳ１４、及び図５（ａ）から図５（ｅ）に対応する。
最初に、再び電子線に反応を示す化学増幅系や非化学増幅系のレジスト２２を、回路パターンＡが形成された犠牲膜１４上に塗布する（図３のステップＳ８及び図５（ａ））。次に、電子線描画装置により、レジスト２２に所定の低反射パターン１５に対応するパターンで露光を行う（図３のステップＳ９及び図５（ｂ））。その後、アルカリ溶液などで現像を行い、電子線描画装置により露光されたレジスト２２の一部を除去してレジストパターンを形成する（図３のステップＳ１０及び図５（ｃ））。

ステップＳ１０において形成したレジスト２２のレジストパターンをマスクにして、フッ素系ガスや塩素系ガスを用いたガスプラズマにより犠牲膜１４、多層反射膜１２及び基板１１おもて面のエッチングを行う（図３のステップＳ１１及び図５（ｄ））。このとき、基板１１おもて面は、２８０ｎｍ以上の深さでエッチングされる。続いて、酸素プラズマによる灰化、硫酸又はオゾン水等の酸化薬液による分解、もしくは有機溶剤等による溶解除去により、不要なレジスト２２を除去する(図４のステップＳ１２及び図５（ｅ）)。その後、必要に応じて、酸・アルカリ系薬品、オゾンガス又は水素ガス等を溶解した超純水、有機アルカリ系薬品又は界面活性剤等による洗浄処理(図３のステップＳ１３及び図５（ｅ）)と、遠心力を利用したスピン乾燥(図３のステップＳ１４及び図５（ｅ）)とを行う。
以上のステップＳ８からステップＳ１４の工程により、凹パターンから露出する基板１１のおもて面に低反射パターン１５が形成される。

＜多層反射膜形成工程＞
多層反射膜形成工程では、残された犠牲膜１４を取り除く事により、回路パターンＡが形成された多層反射膜１２を形成する。多層反射膜形成工程は、図３に示すステップＳ１５からステップＳ２１、及び図６（ａ）から図６（ｅ）に対応する。
最初に、電子線に反応を示す化学増幅系や非化学増幅系のレジスト２３を、回路パターンＡが形成された犠牲膜１４上に塗布する（図３のステップＳ１５及び図６（ａ））。次に、電子線描画装置により、レジスト２３に犠牲膜１４を取り除く領域に相当するパターンで露光を行う（図３のステップＳ１６及び図６（ｂ））。その後、アルカリ溶液などで現像を行い、電子線描画装置により露光されたレジスト２３の一部を除去してレジストパターンを形成する（図３のステップＳ１７及び図６（ｃ））。

ステップＳ１７において形成したレジスト２３のレジストパターンをマスクにして、フッ素系ガスや塩素系ガスを用いたガスプラズマにより犠牲膜１４のエッチングを行う（図３のステップＳ１８及び図６（ｄ））。続いて、酸素プラズマによる灰化、硫酸又はオゾン水等の酸化薬液による分解、もしくは有機溶剤等による溶解除去により、不要なレジスト２３を除去する（図３のステップＳ１９及び図６（ｅ））。その後、必要に応じて、酸・アルカリ系薬品、オゾンガス又は水素ガス等を溶解した超純水、有機アルカリ系薬品又は界面活性剤等による洗浄処理(図３のステップＳ２０及び図６（ｅ）)と、遠心力を利用したスピン乾燥(図３のステップＳ２１及び図６（ｅ）)とを行う。
以上のステップＳ１５からステップＳ２１の工程により、回路パターンＡ及び低反射パターン１５が設けられた反射型マスク１００が形成される。

（本実施形態の反射型マスクの評価）
図７に、本実施形態に係る２つの反射型マスクにおける反射率の比較結果を示す。
反射型マスクは、基板１１のおもて面側（多層反射膜１２側）から波長を１５０ｎｍから３００ｎｍに変えた露光光を入射させた場合の、各波長の露光光の反射率により評価した。なお、第１の反射型マスクは、上述した低反射パターン１５を形成しない反射型マスクであり、第２の反射型マスクは、上述した低反射パターン１５を形成した反射型マスクである。反射率の測定には反射率計を用いた。

図７に示すように、反射率の測定の結果、波長１５０ｎｍから３００ｎｍの範囲において、低反射パターン１５が形成されていない第１の反射型マスクの反射率は最大２０％程度であった。一方、低反射パターン１５が形成された第２の反射型マスクの反射率は、最大７％程度であり、反射率が大幅に低くなった。

低反射パターン１５を形成しない第１の反射型マスクでは、露光光が基板１１のおもて面側（多層反射膜１２側）から入射し、基板１１を透過して裏面導電膜１３で反射する。反射した露光光は、再度基板１１を透過して基板１１のおもて面から射出する。
一方、低反射パターン１５を形成した第２お反射型マスクでは、基板１１のおもて面側（多層反射膜１２側）から入射した露光光は、低反射パターン１５により吸収または回折され、光路上への反射率が低下する。このため、低反射パターン１５が形成された第２の反射型マスクは、低反射パターン１５が形成されていない第１の反射型マスクと比較して露光光の反射が抑制され、斜影効果の影響を抑制することができる。

本実施形態の製造方法により作製される反射型マスクは、従来のＥＵＶマスクのような光吸収膜を有していない。このため、本実施形態に係る反射型マスクにおいては、光吸収膜による斜影効果が発生せず、ウェハ露光による露光パターンの位置ずれや歪みといった問題を低減することができる。
また、多層反射膜が除去されることにより露出する基板の一部から生じるアウトオブバンド光が基板側に導かれにくくなる。このため、基板上に塗布されたレジストの感光を避ける事が可能となり、パターンの像の転写性能が向上する。

本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、変形して具体化できる。また、明細書に示される事項の適宜の組み合わせによって種々の発明を想定できるものである。

１０ 反射型マスク用ブランク
１１ 基板
１２ 多層反射膜
１３ 裏面導電膜
１４ 犠牲膜
１５ 低反射パターン
２１ レジスト
２２ レジスト
２３ レジスト
１００ 反射型マスク

Claims (5)

1. 波長５ｎｍから１５ｎｍの光を露光光とするリソグラフィで用いられる反射型マスク用ブランクであって、
   基板と、
   前記基板のおもて面に形成された多層反射膜と、
   前記基板の裏面に形成された裏面導電膜と、
   前記多層反射膜の前記基板対向面と逆側の面に形成された犠牲膜と、
   を備える反射型マスク用ブランク。
2. 基板と、
   前記基板の一方の面に形成され、凸パターン及び該凸パターンの間に形成された凹パターンを有する多層反射膜と、
   前記基板の裏面に形成された裏面導電膜と、
   前記多層反射膜の前記基板対向面と逆側の面に形成された犠牲膜と、
   を備え、
   前記基板は、前記凹パターンから露出するおもて面に、３０００ｎｍ以下のピッチで形成された複数の凸部を有する
   反射型マスク。
3. 前記複数の凸部は、前記基板の厚み方向に形成された凹部同士の間にそれぞれ設けられる
   請求項２に記載の反射型マスク。
4. 基板上に、リソグラフィ用として波長５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の光を含む露光光を反射する多層反射膜を形成する多層反射膜形成工程と、
   前記多層反射膜の一部を選択的に除去することにより、回路パターンを形成する回路パターン形成工程と、
   前記回路パターンが形成された回路パターン形成領域及び前記回路パターン形成領域の外周領域において、前記多層反射膜が除去されたことにより露出した前記基板のおもて面に、複数の凸部を形成する凸部形成工程と、を含む
   反射型マスクの製造方法。
5. 前記凸部形成工程において、前記凸部を３０００ｎｍ以下のピッチで形成する
   請求項４に記載の反射型マスクの製造方法。

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