JPH09181065A - 堆積チャンバ - Google Patents
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3244—Gas supply means
Abstract
ータを基板支持面の上方の中心に配置させることによ
り、堆積物の厚さの均一性を向上させることができるよ
うになる。また、共通マニホールドに与えられるプロセ
スガスを一連のガスディストリビュータに供給する圧力
を、等しくすることにより、堆積物の厚さの均一性が向
上する。
Description
いるチャンバに関する。
の基本的なステップの1つとして、気体の化学反応によ
に半導体基板上に薄膜を形成することが挙げられる。こ
のような堆積のプロセスは、化学気相堆積(CVD:ch
emical vapor deposition) と称されている。従来から
の熱CVDプロセスでは、反応性のガスを基板表面に供
給し、そこでは、熱に誘発された化学反応が生じて、所
望の膜を形成することができる。高密度プラズマCVD
プロセスでは、基板表面近隣の反応領域に高周波(R
F)を印加して、反応物ガスの分解を促進し、反応性の
高いイオン種を生成する。放出されるイオン種の反応性
は高く、このため、化学反応が生じるために必要なエネ
ルギーは低くてもよく、従って、このようなCVDプロ
セスに要する温度を低くすることができる。
VD)チャンバの設計では、一般に、真空チャンバは、
カソードとして機能する、底部に沿う平坦な基板支持体
と、頂部に沿った平坦なアノードと、底面から上向きに
伸びる比較的短い側壁と、側壁を上部に接続する誘電体
のドームとにより画成される。ドームの周囲には、誘導
コイルが設置され、これは供給高周波(RF)ジェネレ
ータに接続されている。アノードとカソードとは典型的
には、バイアス高周波(RF)ジェネレータに接続され
ている。等間隔に配置された一連のガスディストリビュ
ータ、典型的には一連のノズルが、側壁に設置され、基
板支持面のエッジの上方の領域の中にまで伸びている。
これらガスノズルの全ては、アルゴン、酸素、シラン、
TEOS(tetraethoxysilane) 、四弗化珪素(silicon t
etrafluoride:SiF4 ) 等のガスをガスノズルに供給
する共通マニホールドにつながっている。ここで、これ
らのガスは主に、基板にどのタイプの膜を形成するかに
よって決められる。ノズルの先端には出口が設けられ、
これは典型的にはオリフィスであり、これらノズルの先
端は、基板支持体の外周外縁の上方に円形のパターンで
間隔をおいて配置され、プロセスガスはこれらを通って
流入する。
完全に均一になっていることが理想的であるが、実際は
こうなることはない。堆積の均一性は、ソースの構成、
ガスの流入や流量の変化、ソース高周波ジェネレータの
電流、バイアス高周波ジェネレータの電流、基板支持体
からのノズルの高さ、基板支持体に対するノズルの相対
的な位置などにより、大きく影響を受ける。この堆積の
均一性は、様々な要因によって制約を受ける。例えば、
基板支持体からのノズルの高さは、高いほど好ましいこ
とがしばしばである。しかし、実際上の問題より、ノズ
ルを誘電体ドームの中に配置させることが不可能であ
る。また、プロセス条件毎にノズルの基板からの高さを
調節することは、基板が垂直方向に可動でもない限り現
実的ではない。更に、ノズルオリフィスと基板との間の
距離が長くなれば堆積の均一性が向上する傾向があるも
のの、ガスの効率が低くなり、ガスの消費が大きくな
り、あるいは、時間がかかるようになる。加えて、アル
ゴンは通常、プロセスガスの一部として、マニホールド
及びノズルの中に流され、アルゴンを流入させること
が、スパッタリング速度及びスパッタリング均一性の効
率化に寄与する。しかし、アルゴンを用いることによ
り、プロセスガスのノズル内の流量を変化させようとし
た場合のフレキシビリティが制約されてしまう。
ズルオリフィスのクリーンさに関するものである。シラ
ン等、一部のプロセスガスは、熱により分解し、ノズル
の内側にシリカを堆積させてしまうことがある。更に、
酸素の一部がノズルオリフィスに逆流して拡散してプロ
セスガスと反応し、ノズルオリフィスの内側に堆積物を
形成することもある。チャンバを「ドライクリーニン
グ」(チャンバをクローズドにしたままで、弗素化合物
等のクリーニングガスをチャンバ内に流入させることに
より)しようとすれば、更に余計な問題を生じさせるこ
とになる。例えば、堆積したシリカの一部分と弗素ガス
が反応してポーラスな物質を形成し、これが成長してオ
リフィスの閉塞を更に悪化させる。
第2のガスディストリビュータ(典型的には、ノズル)
を、基板支持面の上方の中心に配置させて、堆積物の厚
さの均一性を向上させる、堆積チャンバに関するもので
ある。また、共通マニホールドに与えられるプロセスガ
スを一連のガスディストリビュータ(典型的には、ノズ
ル)に供給する圧力を、等しくすることにより、堆積物
の厚さの均一性が向上する。
ンバを画成するハウジングを有している。基板支持体
が、真空チャンバの中に収容される。複数の、典型的に
は12個の、第1のガスディストリビュータ(典型的に
は、ノズル)が、従来技術と同様に、基板支持面の外周
外縁から間隔をおき且つこの外周外縁のほぼ上に配置さ
れる円形のパターンで真空チャンバの中に開いているオ
リフィス又はその他の出口を有している。本発明に関し
ては、第2のガスディストリビュータを用いられ、これ
が、基板支持面の中心から間隔をおき且つこの中心のほ
ぼ上に配置される。第2のガスディストリビュータを用
いて真空チャンバ内にプロセスガスを注入することによ
り、堆積物の厚さの均一性は、第2のガスディストリビ
ュータを用いないで得られる均一性に比べて、改善され
る。
置でマニホールドにプロセスガスを供給することによっ
ても改善される。プロセスガスのマニホールドへの供給
は、ガスディストリビュータそれぞれに、同じ圧力でプ
ロセスガスを供給する方法により行われる。これを行う
ことにより、第1のガスディストリビュータのそれぞれ
からの流量を等しくすることが確保される。
ドライクリーニングの操作を可能にするようなサイズを
有していることが好ましい。状況によっては、ドライク
リーニングの操作は、出口の内面のクリーニングに有効
ではない場合がある。このような状況では、ガスディス
トリビュータを選択して真空ポンプに接続し、真空チャ
ンバ内のクリーニングガスを、チャンバからガスディス
トリビュータの中を通る反対方向に、また、システムか
ら真空ポンプへと、ゆっくりと引くことにより、ガスデ
ィストリビュータを更に有効にクリーニングすることが
可能である。
立して第2の(ないし上側の)ガスディストリビュータ
に供給することにより、様々な操作条件の下でも、更に
均一性の高い堆積物の厚さが実現できることであり、こ
れにより、第1の(ないし下側の)ガスディストリビュ
ータの中を通るプロセスガスの分布を変化させることが
できる。
ュータを、8インチ(約20cm)基板に用いれば有効
であることが見出された。しかし、12インチ(約30
cm)のようなもっと大きな基板に対しては、複数の出
口を有する1つ以上の第2のガスディストリビュータを
用いることにより、堆積物の厚さの均一性を最も良好に
することができるであろう。
ついては、以下の好適な具体例を添付の図面と共に説明
する中で明らかにする。
ジング4を備えており、このハウジング4は、RF誘導
コイル8に囲まれている誘電ドーム6を有している。コ
イル8は、整合回路12を介してソースRFジェネレー
タ10により電力が与えられる。また、チャンバ2は、
ハウジング4の中で規定される真空チャンバ18の中で
基板支持面16を有する基板支持体14を有している。
表面16は、チャンバ18内で基板20の支持に用いら
れる。基板支持体14はカソードとしても機能し、整合
回路24を介してバイアスRFジェネレータ22に接続
される。ハウジング4の上部25はアノードとして機能
し、整合回路28を介して第2のバイアスRFジェネレ
ータ26によりバイアス電力が与えられる。ハウジング
4の略円筒状の側壁30が、ハウジング4の底部32を
誘電ドーム6に接続する。プロセスガス、典型的にはシ
ラン、TEOS、四弗化珪素(SiF4 )その他の反応
性堆積ガスは、チャンバ18内での寿命が短いが、アル
ゴンと共に、等間隔に並んだノズル34の一連12を介
して真空チャンバ18に導入される。図4に示されるよ
うに、ノズル34はリング状に配置され、ガスマニホー
ルド36に流動可能に結合されている。ノズル34それ
ぞれが、末端にオリフィス38を有している。ノズル3
4のオリフィス38は、基板支持体14の外縁40の上
方に配置され、即ち、基板20の外縁42上方に配置さ
れるが、これは、これら2つの外縁がおよそ調心されて
いるからである。真空チャンバ18は、排気ポート44
を介して排気される。
年4月26日に米国に出願された米国特許出願番号08
/234,746 号に詳細が記載されている。
対する典型的な堆積物の厚さの変化のプロットを例示す
る。平均厚さが、ベースライン48で示される。プロッ
ト46で示されるように、基板20の外縁42に対応す
るプロット46の両側の終点50及び52で、厚さが比
較的急激に上昇していることがわかる。プロット46の
中心54も、実質的に急に降下している。
び第2のガス供給ライン62を介して第2のガスソース
58につながっている中心ノズル56を用いることによ
り、プロット46を改善するものである。図1及び図4
を参照すれば、中心ノズル56は、基板支持面16の上
方にその中心が配置されるオリフィス64を有してい
る。オリフィス64は、表面16からは、ノズル34の
オリフィス38までの距離の少なくとも2倍の距離にあ
るように配置される。中心ノズル56を用いることによ
り、図2の堆積物厚さの変化のプロット46を、図3の
模範的なプロット68へと修正することが可能となる。
模範的な堆積物厚さ変化のプロット68は、充分フラッ
トであり、堆積物の標準偏差が1シグマのおよそ1〜2
%となっている。これが実現されたのは主に、両端5
0、52でのプロットの急な傾斜が小さくなった事と、
プロット46の中心の低い点が上がった事とによる。
ル34を、基板支持体14の外縁40を包囲する領域に
用いる。オリフィス38は、直径が約0.014インチ
(約0.36mm)、深さないしスロートが約0.02
0インチ(約0.51mm)である。オリフィスの直径
を大きくし且つオリフィス38の深さないしスロートを
制限することが、ドライクリーニングの操作中にクリー
ニングガスをノズルに逆拡散することを確保するために
重要であることが見出されている。図5を参照して説明
されるノズルクリーニングシステムを用いる場合は、こ
のような考慮は必要ないだろう。
ロセスガスを通過させることを確保するためには、ノズ
ル34それぞれに同じ圧力でプロセスガスを供給するこ
とが有用である。これを促進するため、図4に示される
ように、マニホールド36の反対の側からプロセスガス
をマニホールドに供給する。図4に示されるように、第
1のガスコントローラ74及び第1のガスソース76に
つながった1対のガス供給ライン70、72により、マ
ニホールド36に供給がなされる。ガス供給ライン7
0、72は、マニホールド36に流入するプロセスガス
の流動の抵抗を等しくするため、等しい長さと等しい直
径を有するように構成する。ノズル34の中を通るプロ
セスガスの流れの量が同じになるように確保することを
促進するためには、他の方法を用いてもよい。例えば、
マニホールド36が実際に2つのマニホールドとなるよ
うに変形してもよく、これらは、ガス供給ライン70、
72の1つ以上につながる外側マニホールド(図示せ
ず)と、第1のノズル34が設置される内側マニホール
ド(図示せず)であり、外側マニホールドは、内側マニ
ホールドの中へと開く開口を有している。内側マニホー
ルドと外側マニホールドをつなぐ開口は、ガス供給ライ
ン70、72の入口近くで小さくなり入口から遠くなれ
ば大きくなり、第1のノズル34それぞれの流量を等し
くすることを補助する。
作に適しているが、図5のに示されるシステムを用い
て、ノズルの適正なクリーニングを確保することを促進
することができる。最終バルブとして機能するプロセス
ガスバルブ78を共通ガス供給ライン80に用いて、ク
リーニング操作中に第1のガスコントローラから真空チ
ャンバ18を遮断する。プロセスガスバルブ78の下
流、即ちプロセスガスバルブ78とマニホールド36の
間にはクリーニングガスライン82があり、これには、
共に流動制御組立体90として機能する流動制御バルブ
86及び遮断バルブ88を介して、真空ポンプ84を共
通ガス供給ライン80へとつなげている。クリーニング
ノズル34に対しては、バルブ78は閉じており、クリ
ーニングガスは真空チャンバ18内に導入され、遮断バ
ルブ88を開き流動制御バルブ86を調節して、真空ポ
ンプ84を動作させたとき、真空ポンプ84がクリーニ
ングガスをマニホールド36及びライン82に逆流させ
て、オリフィス38を介してノズル34内にゆっくりと
引っ張ることができるようにする。この方法では、ノズ
ル34内のクリーニングには、クリーニングガスをオリ
フィス38を介してノズルの内側まで拡散させる能力は
残っていないものの、真空ポンプ84によってゆっくり
ではあるが能動的にオリフィスを介してノズルに引っ張
っている。
ル56の排気を、ノズル34を介した同じプロセスガス
又は別のプロセスガスの通路とは独立に制御することに
より、基板20上に生じる堆積物の厚さの均一性を制御
することが可能となる。また、真空チャンバ18に通じ
るオリフィス38それぞれの中を通る流量を等しくする
ことを促進することによっても、厚さの均一性を向上す
ることが可能である。これは、共通ガスソース76から
の共通の流動抵抗を示すような2つ以上のガス供給ライ
ン70、72などを用いて、マニホールド36にガスを
供給することによることが好ましい。所定の時間の後、
真空チャンバ18内に様々なクリーニングガスを用い
て、堆積チャンバ2のクリーニングを行うことが好まし
い。オリフィス38及びノズル34の内側の残りの部分
は、真空ポンプ84、典型的には粗引きポンプを用い
て、オリフィス38からノズル34の内側へ、マニホー
ルド36へと、最終的にはチャンバ2から、逆流の方法
でクリーニングガスを引くことにより、効果的にクリー
ニングすることができる。
ーラ60、74及び2つの別々のガスソース58、76
を用いることにより最大のフレキシビリティが実現され
るが、それは、ノズル34及び56の中を通るガスの組
成及び流量を独立に変えることができるからである。ノ
ズル34及び56に同じ組成のガスを用いる場合は、ガ
スをライン62及び80に供給するために、1つのガス
ソース、1つのガスコントローラおよび1つの流れ分割
器を用いればよい。
m)の基板のために設計されたものである。基板の直径
が大きくなり、例えば12インチ(約30cm)となっ
た場合は、図1(a)に例示するマルチ中心ノズル56
aを用いることが必要である。このような具体例では、
堆積物の厚さの変化のプロットは、(図3に示すよう
な)3つ山、4つ山、又は5つ山の形状となるだろう。
堆積物の厚さのプロットの形状は、中心ノズル56a及
びオリフィス64のタイプ、数、方向及び間隔に影響を
受けるだろう。
た具体例の変形を行うことができる、例えば、中心ノズ
ル56は、多数の出口を有するシャワーヘッドタイプの
ガスディストリビュータに置き換えてもよい。同様に、
ノズル34又はノズル56aは、例えば、チャンバ18
にプロセスガスを供給するガス出口又はオリフィスを有
するリング状の構造体に置き換えてもよい。
ば、付加的ないし第2のガスディストリビュータを基板
支持面の上方の中心に配置させることにより、堆積物の
厚さの均一性を向上させることができるようになる。ま
た、共通マニホールドに与えられるプロセスガスを一連
のガスディストリビュータに供給する圧力を、等しくす
ることにより、堆積物の厚さの均一性が向上する。
(a)は、図1本図に示されたものとは異なる、直径の
大きな(例えば12インチないし30cm)基板に特に
有用であることが見出された3つのオリフィスを有する
中心ノズルの外観図である。
型の特性を誇張した描いた図である。
図2と同様の堆積の厚さの変化を表す図である。
給するために用いられる、1対の等しい長さのガス供給
ラインの構成図である。
リーニングガスを引き出す方法を例示する装置の構成図
である。
8…RF誘導コイル、10…ソースRFジェネレータ、
12…整合回路、14…基板支持体、16…基板支持
面、18…真空チャンバ、20…基板、22…バイアス
RFジェネレータ、24…整合回路、25…ハウジング
上部、26…第2のバイアスRFジェネレータ、28…
整合回路、30…側壁、32…ハウジング底部、34…
ノズル、36…ガスマニホールド、38…オリフィス、
40…基板支持体外縁、42…基板外縁、44…排気ポ
ート、46…プロット、48…ベースライン、50,5
2…プロット両端、54…プロット中心、56…中心ノ
ズル、58…第2のガスソース、60…第2のガスコン
トローラ、62…第2のガス供給ライン、64…オリフ
ィス、68…プロット、70,72…ガス供給ライン、
74…第1のガスコントローラ74、76…第1のガス
ソース、78…プロセスガスバルブ、80…共通ガス供
給ライン、82…クリーニングガスライン、84…真空
ポンプ、86…流動制御バルブ、88…遮断バルブ。
Claims (30)
- 【請求項1】 堆積チャンバであって、 真空チャンバを画成するハウジングと、 中心領域と外縁とを有する基板支持面を、前記真空チャ
ンバの中に有する、基板支持体と、 前記真空チャンバの中に開いている第1の出口であって
前記基板支持面の前記外縁と間隔をおき且つその略上方
にあるように配置される前記第1の出口を有する、複数
の第1のガスディストリビュータと、 少なくとも前記基板支持面の前記中心領域と間隔をおき
且つその略上方にあるように配置される第2の出口を有
する第2にガスディストリビュータとを備える堆積チャ
ンバ。 - 【請求項2】 前記ハウジングに設置され高周波(R
F)ジェネレータにつながっている誘導コイルを更に備
える請求項1に記載の堆積チャンバ。 - 【請求項3】 前記外縁が略円形である請求項1に記載
の堆積チャンバ。 - 【請求項4】 前記第1のガスディストリビュータが、
前記基板支持面の中心の周囲に等間隔に配置される複数
のノズルを有する請求項1に記載の堆積チャンバ。 - 【請求項5】 前記第2のガスディストリビュータが第
2の出口を有し、前記第2の出口がオリフィスを1つ有
する請求項1に記載の堆積チャンバ。 - 【請求項6】 前記第2のガスディストリビュータが複
数の第2のノズルを有し、前記第2の出口が複数のオリ
フィスを有する請求項1に記載の堆積チャンバ。 - 【請求項7】 前記第2のガスディストリビュータが、
前記基板支持面といずれかの第1のガスディストリビュ
ータとの間の距離の少なくとも2倍長い距離で、前記基
板支持面から間隔をおいて配置される請求項1に記載の
堆積チャンバ。 - 【請求項8】 前記第1のガスディストリビュータに流
動可能につながるガスマニホールドを更に備える請求項
1に記載の堆積チャンバ。 - 【請求項9】 実質的に同じ圧力で複数の前記第1のガ
スディストリビュータにガスを供給することを促進する
ための手段を更に備える請求項8に記載の堆積チャン
バ。 - 【請求項10】 前記手段が、マニホールドの別々の位
置でマニホールドに流動可能につながる、直径が等しく
長さが等しい複数のガス供給ラインを備える請求項9に
記載の堆積チャンバ。 - 【請求項11】 前記手段が、マニホールドの別々の位
置でマニホールドに流動可能につながる複数のガス供給
ラインであって、前記ガス供給ラインのそれぞれは流体
の流動に対して等しい抵抗を与えるように構成された、
前記ガス供給ラインを備える請求項9に記載の堆積チャ
ンバ。 - 【請求項12】入口と出口とを有する真空ポンプと、 前記第1のガスディストリビュータと前記第2のガスデ
ィストリビュータとの少なくとも一方を、前記入口に流
動可能に接続する通路と、 真空チャンバ内のクリーニングガスが制御された状態
で、真空チャンバから、前記第1のガスディストリビュ
ータと前記第2のガスディストリビュータとの少なくと
も一方を通って引かれて、前記ディストリビュータの有
効なクリーニングを確保するように、前記通路の流体の
流動を制御する、流動制御組立体とを更に備える請求項
1に記載の堆積チャンバ。 - 【請求項13】 前記真空ポンプが粗引きポンプである
請求項12に記載の堆積チャンバ。 - 【請求項14】 前記流動制御組立体が、前記通路に設
置される遮断バルブと、前記通路の前記遮断バルブと前
記真空ポンプとの間に設置される流動コントローラとを
備える請求項12に記載の堆積チャンバ。 - 【請求項15】 堆積チャンバ内で基板上に膜を堆積す
るための方法であって、 (a)第1のプロセスガスを、前記チャンバ内の基板の
周囲の略上方に配置する複数の位置で、前記チャンバ内
に注入するステップと、 (b)第2のプロセスガスを、前記基板から間隔をおき
且つ前記基板の中心に配置される領域で、前記チャンバ
内に注入するステップとを有し、前記ステップ(b)が
堆積物の均一性の制御を促進する方法。 - 【請求項16】前記第1のプロセスガス及び前記第2の
プロセスガスが、選択された比で注入される請求項15
に記載の方法。 - 【請求項17】 前記ステップ(a)と前記ステップ
(b)とが、同時に行われる請求項15に記載の方法。 - 【請求項18】 前記ステップ(a)が、シランと、T
EOSと、四弗化珪素(silicon tetrafluoride)とから
なる群より少なくとも1つ選択されるガスを用いて行わ
れる請求項15に記載の方法。 - 【請求項19】 前記ステップ(a)と前記ステップ
(b)のそれぞれが、前記堆積チャンバ内で寿命の短い
少なくとも1つの反応性堆積ガスを用いて行われる請求
項15に記載の方法。 - 【請求項20】 前記ステップ(a)と前記ステップ
(b)とが、同じ組成のガスを用いて行われる請求項1
5に記載の方法。 - 【請求項21】 前記ステップ(a)と前記ステップ
(b)とが、組成の異なるガスを用いて行われる請求項
15に記載の方法。 - 【請求項22】 前記ステップ(b)が、オリフィスを
1つ有するノズルを用いて行われる請求項15に記載の
方法。 - 【請求項23】 前記ステップ(b)が、複数のオリフ
ィスを有するノズルを用いて行われる請求項15に記載
の方法。 - 【請求項24】前記ステップ(b)を前記ステップ
(a)と独立に制御するステップを更に有する請求項1
5に記載の方法。 - 【請求項25】前記第1のプロセスガスを共通マニホー
ルドを介して前記第1のガスディストリビュータに供給
するステップを更に有する請求項15に記載の方法。 - 【請求項26】前記第1のプロセスガスを前記マニホー
ルドの複数の位置に供給するステップを更に有する請求
項25に記載の方法。 - 【請求項27】前記第1のプロセスガスを、等しい流動
抵抗特性を有する複数のガス供給ラインを介して、マニ
ホールドの複数の位置に供給するステップを更に有する
請求項26に記載の方法。 - 【請求項28】 中心領域を有する基板支持体と、前記
基板支持体の外縁の略上方に配置されるガス出口を有す
る複数のプロセスガスディストリビュータとを収容する
真空チャンバを備える堆積チャンバであって、 少なくとも前記基板支持体の前記中心領域から間隔をお
き且つ前記中心領域の略上方に配置される付加的な出口
を備える堆積チャンバ。 - 【請求項29】 基板支持体と、マニホールドに流動可
能につながり前記基板支持体の外縁の略上方に配置され
るガス出口を有する複数のガスディストリビュータとを
収容する真空チャンバを備える堆積チャンバであって、 別々の位置で前記マニホールドに流動可能につながる少
なくとも2つのガス供給ラインと、 プロセスガスを実質的に同じ圧力で、前記ガス供給ライ
ンを介して前記ガスディストリビュータに供給すること
を促進するための手段とを備える堆積チャンバ。 - 【請求項30】 基板支持体と、前記基板支持体の上方
に配置されるガス出口を有する複数のガスディストリビ
ュータとを収容する真空チャンバを備える堆積チャンバ
であって、 入口と出口とを有する真空ポンプと、 前記入口を前記ガスディストリビュータに流動可能につ
なげる通路と、 真空チャンバ内のクリーニングガスが制御された状態
で、真空チャンバから、前記ガスディストリビュータを
通って引かれて、前記ディストリビュータの有効なクリ
ーニングを確保するように、前記通路の流体の流動を制
御する、流動制御組立体とを備える堆積チャンバ。
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