TW201719300A - 投影曝光裝置 - Google Patents

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Abstract

在使用曝光用光罩來形成圖型之投影曝光裝置，一面提高生產量，一面將遮罩圖型高精度地轉印至基板。在使用已形成圖案排列數之分別相異的複數個曝光用光罩場F1~F4之曝光用光罩R的投影曝光裝置10，對已形成於基板W的shot區域CP，決定運算區域OA，並在位置對準誤差量為容許誤差以下選擇最大尺寸的曝光用光罩場。

Description

投影曝光裝置
本發明係有關於一種將已形成於曝光用光罩等之圖型轉印至基板的投影曝光裝置，尤其係有關於一種將圖型重疊地轉印至基板時的對準(位置對準)。
使用投影曝光裝置所製造之半導體元件、液晶顯示元件、封裝基板等之組件的大部分係成為多層構造，並將圖型重疊地轉印至晶圓等的基板。以使相同的圖型以既定間距排列於基板的方式進行曝光，但是為了提高生產量，亦可將複數個相同的圖型配置於光罩，在一次shot(一次曝光)同時轉印至複數個shot區域。
另一方面，若使平均一次shot所轉印的圖型數變多，對已轉印之下層圖案在轉印位置易發生誤差，而難位於容許之重疊誤差的範圍。尤其在FO-WLP(First Out-Wafer Level Package)基板的情況，有即使基板無變形亦晶元位置隨機地挪移的傾向。因此，根據轉印誤差的資訊，決定在一次shot同時曝光的圖型區域，並因應於位置對準精度，適當地變更同時轉印的圖型數。
因此，準備以既定間距配置複數個相同之圖型的光罩，而且設置可對照明光學系統之光路移動及退避的遮光 板。因應於對準誤差來決定在一次shot進行曝光的圖型數時，使遮光板移動成遮蔽在曝光時不使用的圖型區域(參照專利文獻1、2)。
【先行專利文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開2003-188071號公報
[專利文獻2]日本特開2010-243823號公報
因為遮光板係偏離照明光學系統的焦點位置，所以遮光板之邊緣部分被投影至基板上時，該部分成為未被完全遮光(曝光量不是零)的灰色區，在將圖型重疊時成為曝光不良。為了防止之，必須擴大圖型間隔，但是由於圖型排列或設計等的限制，難擴大間隔。尤其，在等倍投影曝光裝置的情況，因為在一般之光學系統，灰色區寬度變廣，所以難使形成於基板之圖型的間隔變密。
因此，要求在維持對準精度、生產量之狀態下，適當地調整在一次shot所曝光之圖型數，而可在密的圖型間隔下進行曝光的投影曝光裝置。
本發明之投影曝光裝置包括：曝光控制部，係根據在基板所決定的複數個shot區域轉印已形成於曝光用光罩的遮罩圖型；及對準調整部，係根據複數個shot區域，檢測出設置於基板之對準記號的位置。
以分別相異之圖型數排列遮罩圖型的複數個曝光用光罩場形成於曝光用光罩。而且，在曝光用光罩，遮罩圖型不是以固定之距離間隔排列，鄰接的曝光用光罩場間係設置與各場之遮罩圖型排列間隔相異的既定距離間隔。此鄰接之曝光用光罩場間的距離間隔係比各場的遮罩圖型間隔更大。但，此處之曝光用光罩的意義係與光罩相同。
在本發明，對已形成這種特徵性之曝光用光罩場的曝光用光罩，對準調整部根據所檢測出之對準記號位置來選擇曝光用光罩場後，曝光控制部轉印所選擇之曝光用光罩場的遮罩圖型。不是選擇在遮光部等所使用之遮罩圖型區域，而是選擇預先成塊並分別被分開成之既定數的遮罩圖型陣列的任一個，藉此，在密的圖型形成亦曝光不良受到抑制。尤其，作成對難使用遮光板之等倍投影曝光裝置等的裝置，亦可在維持對準精度下實現密之圖型間隔的曝光。
對準調整部係可對所決定的運算區域計算使用既定曝光用光罩場之情況的位置對準誤差量，再因應於位置對準誤差量，選擇曝光用光罩場。例如，只要位置對準誤差量不超過所預先決定之位置對準精度，即容許誤差量的曝光用光罩場即可。若考慮使處理時間變短，對準調整部係在滿足所預先決定之位置對準精度的曝光用光罩場之中，選擇圖型排列數成為最大的曝光用光罩場即可。
shot排列之誤差特性係在各批具有相同之傾向的可能性高。因此，對準調整部係在批更新後最初的測量係檢測出既定對準記號的位置，而在第2次以後的測量係檢測出所決 定之運算區域內的一部分之對準記號的位置即可。
對準調整部可因應於所選擇之曝光用光罩場，選擇對準運算方式。例如，只要選擇位置對準誤差量不會超過既定值而處理時間更短的對準方式(例如，分割整片方式、逐粒對準方式等)即可。
若考慮shot排列是矩陣狀，以2之乘方表示對複數個曝光用光罩場之圖型排列數的比之方式形成曝光用光罩場即可。藉此，可對shot排列整體有效地選擇性地埋入曝光用光罩場。
本發明之其他的形態之投影曝光方法係根據在基板所決定的複數個shot區域轉印已形成於曝光用光罩之遮罩圖型，再根據複數個shot區域檢測出設置於基板之對準記號之位置的投影曝光方法，提供具有以分別相異之圖型數排列遮罩圖型的複數個曝光用光罩場之曝光用光罩；根據所檢測出之對準記號位置來選擇曝光用光罩場；轉印所選擇之曝光用光罩場的遮罩圖型。
本發明之其他的形態之程式係使投影曝光裝置作用為如下的手段：曝光控制手段，係具有以分別相異之圖型數排列遮罩圖型的複數個曝光用光罩場，並根據在基板所決定的複數個shot區域轉印已形成於曝光用光罩的遮罩圖型；對準調整手段，係根據複數個shot區域，檢測出設置於基板之對準記號的位置；以及對準調整手段，係根據所檢測出之對準記號位置來選擇曝光用光罩場；使曝光控制手段作用成轉印所選擇之曝光用光罩場的遮罩圖型。
若依據本發明，在投影曝光裝置，可一面提高生產量，一面將遮罩圖型高精度地轉印至基板。
10‧‧‧投影曝光裝置
38‧‧‧影像處理部
40‧‧‧工作台
42‧‧‧工作台驅動部
50‧‧‧控制部
W‧‧‧基板
AM‧‧‧對準記號
R‧‧‧曝光用光罩
第1圖係本實施形態之投影曝光裝置的示意方塊圖。
第2圖係表示形成於基板W之shot排列的圖。
第3圖係基板W之變形等所引起的shot排列之變形的圖。
第4圖係表示曝光用光罩R的平面圖。
第5圖係表示在基板所設定之運算區域的圖。
第6圖係表示所選擇之曝光用光罩場的圖。
第7圖係表示在曝光時所使用之曝光用光罩場F1~F4之選擇程序的圖。
第8圖係包含對準調整之曝光動作的流程圖。
在以下，參照圖面，說明本發明之實施形態。
第1圖係本實施形態之投影曝光裝置的示意方塊圖。在以下，以將第1層之圖型形成於基板，第2層以後，進行將遮罩圖型與基板重疊的曝光處理為前提來說明。
投影曝光裝置10係根據步進&重複方式將已形成於作為光罩之曝光用光罩R的遮罩圖型轉印至基板(工件基板)W的曝光裝置，並包括放電燈泡等之光源20、及投影光學系統34。曝光用光罩R係由石英材料等所構成，並形成具有遮光區域的遮罩圖型。基板W係此處應用矽、陶瓷、玻璃或 樹脂製的基板(例如，中繼元件基板)等。
從光源20所放射之照明光係經由反射鏡22射入積分器24，而照明光量變成均勻。均勻之照明光係經由反射鏡26射入準直儀透鏡28。藉此，平行光射入曝光用光罩R。光源20係藉燈泡驅動部21進行驅動控制。
在曝光用光罩R，遮罩圖型形成於複數個各場，以遮罩圖型位於投影光學系統34之光源側焦點位置的方式將曝光用光罩R載置曝光用光罩用工作台30。以將光僅照射於一個場之方式將孔徑(aperture)(未圖示)設置於曝光用光罩R的光源側。
對已搭載曝光用光罩R之工作台30、已搭載基板W之工作台40，規定彼此正交之X-Y-Z的3軸座標系統。工作台30係可在X-Y方向移動成使曝光用光罩R沿著焦點面移動，並藉工作台驅動部32驅動。又，工作台30係在X-Y座標平面亦可轉動。工作台30之位置座標係在此處藉雷射干涉儀或線性編碼器(未圖示)所測量。
透過曝光用光罩R之已形成光罩的曝光用光罩場(區域)的光係藉投影光學系統34作為圖型光投影於基板W。基板W係以其曝光面與投影光學系統34之像側焦點位置一致的方式被搭載於基板用工作台40。
工作台40係可在X-Y方向移動成使基板W沿著焦點面移動，並藉工作台驅動部42驅動。又，工作台40係可往與焦點面(X-Y方向)垂直的Z軸方向(投影光學系統34的光軸方向)移動，進而在X-Y座標平面亦可轉動。工作台40 之位置座標係未圖示藉雷射干涉儀或線性編碼器所測量。
控制部50係控制工作台驅動部32、42，對曝光用光罩R、基板W進行定位，而且控制燈泡驅動部21。而且，執行根據步進&重複方式之曝光動作。在設置於控制部50的記憶體(未圖示)，記憶曝光用光罩R之遮罩圖型位置座標、形成於基板W之shot區域之設計上的位置座標、步進移動量等。
對準記號攝像部36係拍攝形成於基板W之對準記號的相機或顯微鏡，在shot曝光前拍攝對準記號。影像處理部38係根據從對準記號攝像部36所送來的影像信號，檢測出對準記號的位置座標。
控制部50係根據步進&重複方式，依序逐漸將曝光用光罩R之遮罩圖型轉印至形成於基板W的各shot區域。即，控制部50係按照shot區域間隔使工作台40間歇地移動，而將成為曝光對象之shot區域定位於遮罩圖型的投影位置時，驅動光源20，將圖型光投影於shot區域。
在遮罩圖型的轉印之前，控制部50係根據整片性對準(以下，GA)方式或逐粒(以下，D/D)方式，檢測出shot區域的排列誤差，即位置對準誤差，並進行基板W之shot區域與遮罩圖型之投影區域的位置對準。
第2圖係表示形成於基板W之shot排列的圖。第3圖係基板W之變形等所引起的shot排列之變形的圖。
如第2圖所示，將下層圖型形成於基板W，該下層圖型係陣列狀地以固定間隔排列對準根據X-Y座標系統所規定之格子的晶片CP。各晶片CP係相當於shot區域，將形 成於曝光用光罩R之遮罩圖型重疊於晶片CP(以下亦稱為shot區域)上而形成。又，沿著shot區域CP的排列，在各shot區域內之任意的位置(在第2圖係左右端中央位置)成對地形成位置對準用之對準記號AM。在第2圖，在晶圓等之基板W形成7×7的shot區域CP。
在投影曝光的情況，藉由將複數個遮罩圖型設置於曝光用光罩R，可在一次shot對複數個遮罩圖型進行曝光。為了提高生產量，使圖型數儘量多較佳。另一方面，在將圖型與shot區域CP重疊的情況，若從位置對準精度的觀點而言，以儘量少之圖型數進行一次shot曝光較佳。
在第3圖，表示因基板W之變形而shot區域CP之排列失序的狀態。此處，誇張地描繪shot排列的變形，但是在基板W是印刷基板或中繼元件基板的情況，基板W的變形大，又，變形的程度係根據基板部位而異。又，在FO-WLP基板等，發生由晶片組裝精度所引起之隨機的shot排列誤差。
在本實施形態，在曝光用光罩R形成遮罩圖型的排列數分別相異的複數個曝光用光罩場，根據基板W之位置而變更一次shot曝光時之圖型數，尤其在滿足所容許之位置對準精度的範圍選擇圖型數最大的曝光用光罩場。以下，說明之。
第4圖係表示曝光用光罩R的平面圖。
在曝光用光罩R，將4個曝光用光罩場F1~F4設置於成為遮光部之曝光用光罩本體RB，同一遮罩圖型MP形成為圖型排列數分別相異。曝光用光罩場F1、F2、F3、F4之圖型排列數分別為1(=20)、4(=22)、8(=23)、16(=24)。但， 此處，即使遮罩圖型一個的情況，亦當作排列數包含。此處，曝光用光罩場之排列數的組合係任意，不限定為此組合。
照射於曝光用光罩R之照明光的照射區域相當於曝光用光罩場F4的尺寸。而且，在照射特定之曝光用光罩場的情況，為了避免照明光射入其他的曝光用光罩場，以在場間隔著距離間隔的方式形成曝光用光罩場F1~F4。鄰接之曝光用光罩場間的距離間隔係被決定成遠大於各場之遮罩圖型間隔，且比根據上述之孔徑所產生之灰色區的寬度更大。
遮罩圖型MP及其排列間隔係對應於基板W之shot區域CP的排列間隔。因此，如第2圖所示，在是基板W之無變形的理想上(理論上)的shot區域之排列的情況，因為shot區域無排列誤差，所以若藉圖型排列數最多的曝光用光罩場F4進行圖型轉印，可將對基板W整體之shot次數抑制成最小。
可是，在具有如第3圖所示之複雜的變形之基板W的情況，若使用圖型排列數最多的曝光用光罩場F4進行圖型轉印，則可能超過所容許之重疊精度，而將遮罩圖型重疊。
因此，將基板W之曝光對象區域整體分割成複數個區域(以下稱為運算區域)，並對各運算區域算出位置對準誤差量，再在滿足所容許之位置對準精度的曝光用光罩場之中選擇圖型數成為最大的曝光用光罩場。
第5圖係表示在基板所設定之運算區域的圖。第6圖係表示所選擇之曝光用光罩場的圖。但，在第5圖，與第2圖、第3圖相異，成為8×8的shot區域排列。又，此處，為 了使說明變得容易，在曝光用光罩R，僅將曝光用光罩場F1、F2作為選擇對象。
因為選擇曝光用光罩場F1、F2之任一個，所以作為運算區域OA，規定與曝光用光罩場F2之圖型排列對應數之2×2的shot區域CP。因為將一對對準記號AM設置於各個shot區域CP，所以在運算區域OA包含8個對準記號AM。
成為在基板W規定4×4(=16)的運算區域OA，對各個運算區域OA求位置對準誤差。此處，對8個各對準記號AM求理論上(設計上)之對準記號位置座標與實際上所測量之對準記號位置座標的差分量，算出其標準偏差，作為位置對準誤差。
此外，形成於基板W之四角落的shot區域CP係不作為位置對準誤差量算出對象。又，亦可替代標準偏差，而算出誤差總和、平均值等，作為位置對準誤差量。
對既定運算區域OA所求得之位置對準誤差量係與容許誤差量比較。容許誤差量係表示所容許之誤差量的最大誤差量，並因應於所要求之圖型精度、基板W之性質等所決定。在所求得之位置對準誤差量是容許誤差量以下的情況，使用曝光用光罩場F2對該運算區域OA進行曝光動作。
另一方面，在所算出之位置對準誤差量大於容許誤差量的情況，使用僅設置一個遮罩圖型的曝光用光罩場F1進行曝光動作。在第6圖，對影線之運算區域OA，選擇曝光用光罩場F2，對除此以外之運算區域OA，選擇曝光用光罩場F1。
對各個運算區域OA選擇曝光用光罩場F1、F2之任一個時，在各曝光用光罩場F1、曝光用光罩場F2執行曝光動作。例如，首先，對已選擇曝光用光罩場F2的運算區域OA，依序執行曝光動作，然後，對已選擇曝光用光罩場F1的運算區域OA，執行曝光動作。
在第5圖、第6圖，說明僅使用曝光用光罩場F1、F2之情況的曝光程序，但是實際上，使用第2圖所示之曝光用光罩場F1~F4，執行曝光動作。以下，使用第7圖來說明。
第7圖係表示在曝光時所使用之曝光用光罩場F1~F4之選擇程序的圖。
與第5圖、第6圖一樣，當作在基板W形成8×8的shot區域CP者。此處，因為按照曝光用光罩場F4、F3、F2、F1之順序選擇場，所以運算區域OA亦配合之而依序逐漸變更尺寸。首先，對整體之shot排列(總排列)SA，決定配合曝光用光罩場F4之圖型排列數的運算區域OA1。即，最初規定由4×4(=16)之shot區域CP所構成的運算區域OA1。
接著，對所規定的4個運算區域OA1，分別算出對準記號的位置對準誤差量。對位置對準誤差量是所預先決定之容許誤差量以下的運算區域OA1，選擇曝光用光罩場F4。另一方面，在位置對準誤差量超過容許誤差量的情況，重新規定運算區域。因為進行曝光用光罩場F3之選擇判斷，所以對由2×4(=8)之shot區域CP所構成的運算區域OA2，將不選擇曝光用光罩場F4之區域規定為對象。
對成為場選擇對象之各個運算區域OA2(在第7圖 係4個)算出位置對準誤差量，並判斷是否可選擇曝光用光罩場F3。在位置對準誤差量是容許誤差量以下的情況，選擇曝光用光罩場F3。另一方面，在位置對準誤差量超過容許誤差量的情況，對剩下的區域，重新規定由2×2(=4)之shot區域CP所構成的運算區域OA3。
對各個運算區域OA3算出位置對準誤差量，在是容許誤差以下的情況，選擇曝光用光罩場F2。在位置對準誤差量超過容許誤差的情況，對剩下的區域，選擇曝光用光罩場F1。
藉由依此方式按照尺寸大之曝光用光罩場的順序設定曝光用光罩場及在該曝光用光罩場進行曝光的區域，可將對總排列SA之步進曝光次數抑制成最低限度。
另一方面，如上述所示，根據所檢測出之位置對準誤差量，算出修正值，對工作台40進行驅動控制，調整對準，即調整圖型之重疊位置。具體而言，從位置對準誤差量算出偏置值、轉動量之修正值。然後，根據X-Y座標系統，使工作台40移動，調整基板W的位置。
此處，修正值之算出係根據GA方式、D/D方式而算出的方法相異(但，此處，運算區域OA成為算出對象區域)。
在GA方式，對成為對象之運算區域OA任意地抽出位於非直線上之至少3個對準記號AM，再根據從所測量之對準記號AM的位置所求得之統計上的修正值進行對準調整。進行一次對準調整時，在對一個運算區域OA進行曝光之間，使用相同的修正值，對基板W進行步進曝光。
另一方面，在D/D方式，對與shot區域CP對應之各區域抽出2個對準記號AM，並算出修正值。此修正值係對各個運算區域OA所算出，使用各個修正值，對基板W進行步進曝光。
在本實施形態，與曝光用光罩場之選擇同時地，對使用該曝光用光罩場之曝光對象區域(即，運算區域OA)，選擇對準方式。具體而言，預測各shot之位置對準誤差量，採用在位置對準誤差量不超過既定值的範圍處理時間更短的對準方式。
例如，對使用在shot排列接近設計值的情況所使用之曝光用光罩場F4的運算區域，可使用GA方式，而對使用在shot排列是比較隨機的情況所使用之曝光用光罩場F2的運算區域，可採用D/D方式。又，亦可對變形程度大，即位置對準誤差量大之運算區域，採用D/D方式，而對誤差量小之運算區域，採用GA方式。又，亦可使用GA或D/D方式以外的對準方式。
第8圖係包含對準調整之曝光動作的流程圖。
在成為曝光對象之基板是生產批第一片的情況，測量全部之對準記號的位置(S101、S102)。另一方面，在是生產批第2片以後的情況，以在生產批第一片所求得之運算區域的所需最小數測量對準記號的位置(S101、S103)。在生產批第1片與第2片以後，將該基板變形特性當作具有相同的特性，減少所測量之對準記號數，亦可算出一樣的位置對準誤差量。
在步驟S104、S105，在對所決定的運算區域位置 對準誤差量成為容許誤差量以下的曝光用光罩場之中選最大尺寸(最大圖型排列數)的曝光用光罩場，而且選擇對準方式。然後，根據所選擇之對準方式，算出修正值(S106、S107、S108)。
根據修正值，進行基板W的對準調整，而且使工作台30移動成藉工作台30轉印所選擇之曝光用光罩場。同時，使基板W之位置移動，對成為對象之曝光區域進行步進&重複曝光。按照尺寸大之曝光用光罩場的順序進行之(S109)。但，亦可最初選擇在上次之步進&重複曝光最後所使用之曝光用光罩場，進行曝光。
依此方式，若依據本實施形態，在使用已形成圖型排列數之分別相異的複數個曝光用光罩場F1~F4之曝光用光罩R的投影曝光裝置10，對形成於基板W之shot區域CP決定運算區域OA，根據位置對準誤差量是容許誤差量以下，選擇最大尺寸的曝光用光罩場。
根據這種構成，與光圈等之光學元件無關，能以較佳之圖型排列數進行一次shot曝光，一面抑制生產量降低，一面能以密的圖型間隔進行曝光，又，可提高圖型位置精度。尤其，藉由根據2之乘方的比設定圖型排列數，可對基板整體無間隙地選擇曝光用光罩場。
又，藉由在批第1片與第2片以後變更對準記號之測量方法，可提高批整體之生產力。進而，可根據適合基板之各部位的對準方式來進行對準調整。
此外，對準記號係只要是孔、圖型、文字、劃線 等可藉影像處理識別的特徵即可。光罩係不限定為一片，亦可準備複數片曝光用光罩，並將一個或複數個曝光用光罩場形成於各曝光用光罩。在此情況，對複數片曝光用光罩進行定位控制。
MP‧‧‧遮罩圖型
F1、F2、F3、F4‧‧‧曝光用光罩場
R‧‧‧曝光用光罩
RB‧‧‧曝光用光罩本體

Claims (9)

  1. 一種投影曝光裝置，其特徵為包括：曝光控制部，係根據在基板所決定的複數個shot區域轉印已形成於曝光用光罩的遮罩圖型；及對準調整部，係根據複數個shot區域，檢測出設置於該基板之對準記號的位置；該曝光用光罩具有以分別相異之圖型數排列遮罩圖型的複數個曝光用光罩場；該對準調整部根據所檢測出之對準記號位置來選擇曝光用光罩場；該曝光控制部轉印所選擇之曝光用光罩場的遮罩圖型。
  2. 如申請專利範圍第1項之投影曝光裝置，其中該對準調整部對所決定的運算區域計算使用既定曝光用光罩場之情況的位置對準誤差量，再因應於位置對準誤差量，選擇曝光用光罩場。
  3. 如申請專利範圍第2項之投影曝光裝置，其中該對準調整部在滿足所預先決定之位置對準精度的曝光用光罩場之中，選擇圖型排列數成為最大的曝光用光罩場。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之投影曝光裝置，其中該對準調整部在批更新後最初的測量係檢測出既定對準記號的位置，而在第2次以後的測量係檢測出所決定之運算區域內的一部分之對準記號的位置。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之投影曝光裝置，其中該對準調整部因應於所選擇之曝光用光罩場，選擇對準 運算方式。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之投影曝光方法，其中以2之乘方表示對該複數個曝光用光罩場之圖型排列數的比。
  7. 一種投影曝光方法，根據在基板所決定的複數個shot區域轉印已形成於曝光用光罩之遮罩圖型，再根據複數個shot區域檢測出設置於該基板之對準記號之位置，其特徵為：提供具有以分別相異之圖型數排列遮罩圖型的複數個曝光用光罩場之曝光用光罩；根據所檢測出之對準記號位置來選擇曝光用光罩場；轉印所選擇之曝光用光罩場的遮罩圖型。
  8. 一種程式，其特徵為：使投影曝光裝置作用為如下的手段：曝光控制手段，係具有以分別相異之圖型數排列遮罩圖型的複數個曝光用光罩場，並根據在基板所決定的複數個shot區域轉印已形成於曝光用光罩的遮罩圖型；對準調整手段，係根據複數個shot區域，檢測出設置於該基板之對準記號的位置；以及對準調整手段，係根據所檢測出之對準記號位置來選擇曝光用光罩場；使該曝光控制手段作用成轉印所選擇之曝光用光罩場的遮罩圖型。
  9. 一種曝光用光罩，其特徵為： 具有以分別相異之圖案排列數排列遮罩圖型的複數個曝光用光罩場；鄰接之曝光用光罩場間的距離間隔比藉設置於曝光裝置之照明光學系統的孔徑所產生之灰色區的寬度更大。
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