CN105259738A - 光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置与检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置与检测方法,在待测投影物镜的物面和像面分别放置一个空间光调制器,通过计算机编程分别将物面空间光调制器和像面空间光调制器设置为含多个一维光栅的物面光栅组和含多个二维光栅的像面光栅组。物面光栅组和像面光栅组的各个光栅相对待测投影物镜共轭,每对共轭光栅测量一个视场点的波像差。通过计算机编程控制物面和像面光栅的周期和栅线方向,在不更换或机械移动任何器件的前提下实现剪切方向的改变和剪切率的调整,提高了***灵活性;通过计算机编程控制物面或像面光栅栅线移动实现相移,避免了机械移动光栅产生相移带来的光瞳位置偏移或测量视场点位置偏移的问题,提高了测量精度。
Description
技术领域
本发明属于光刻技术领域,涉及一种光刻机投影物镜波像差检测方法,特别是一种光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置与方法。
背景技术
极大规模集成电路被喻为“工业粮食”,其在当今世界中的重要性是不言而喻的。光刻机是极大规模集成电路制造的核心装备,光刻技术的进步直接推动集成电路特征尺寸的缩小和集成度的提高,集成电路的特征尺寸能否按“摩尔定律”持续缩小直接受制于光刻技术的发展。集成电路特征尺寸持续缩小的历史,也是光刻机不断演化的历史。光刻曝光波长持续减小,从汞灯的g线(436nm)、i线(365nm)到248nm、193nm的准分子激光。光刻机的曝光方式经历了接触式光刻、接近式光刻以及光学投影式光刻三个阶段,投影光刻机是当今几乎所有高端光刻机采用的曝光方式。投影物镜***是投影光刻机的核心分***,是决定光刻分辨率的关键。波像差是投影物镜的主要性能参数,波像差越小,成像效果越好。在光刻机投影物镜中有用于调节波像差的光学器件,调节的依据来源于投影物镜的波像差测量结果。因此投影物镜的波像差控制水平与波像差的测量精度直接相关。
193nm投影物镜光刻机与多重图形技术相结合已经实现了14nm节点集成电路的量产,而且很有可能会延续到10nm节点,甚至是7nm节点。为了提高光刻的产率,光源功率持续增大,在多级照明或自由照明模式下,投影物镜的热效应逐渐增大,热像差问题愈发凸显。为了更精确的控制成像质量,投影物镜的像差从批间测量转变为片间测量。为了不降低产率,波像差的测量速度必须提高。由于投影物镜的波像差是与场点相关的,即不同的场点,波像差可能不同,因此一般需要测量多个场点的波像差信息。为了提高测量速度,可以采用多个场点并行测量的思路。
剪切干涉技术以其结构简单、不需要参考波、利于集成等优点被用作光刻机的原位波像差检测技术。蔡司公司(在先技术[1]:专利DE10008181)提出一种用于光刻机波像差测量的剪切干涉仪,在投影物镜物面放置一块一维光栅,在像面放置一块二维光栅,物面一维光栅调制光场的空间相干性,像面二维光栅用于对待测波前进行剪切,在离焦位置放置探测器获取待测波前和剪切波前的干涉图像。这种方法通过机械移动物面或像面光栅的方法产生相移,如果移动物面光栅产生相移,则所测量的视场点的位置在光栅移动过程中发生移动,如果移动像面光栅产生相移,则所测量的光瞳位置发生偏移,无论是视场点位置偏移还是测量的光瞳位置偏移都将导致测量误差。另外,这种方法在改变剪切方向时需要更换不同栅线方向的光栅。ASML公司(在先技术[2]:US2006/0001890A1)提出一种改进的剪切干涉仪,用于光刻机投影物镜的波像差测量,这种方法在物面采用空间光调制器作为物面光栅产生器件。以数字移动空间光调制器光栅的方式产生相移,避免了测量视场点发生移动的问题,另外,可以通过数字的方式改变物面空间光调制光栅的栅线方向,相对于更换光栅而言更方便。对于特定的测量波前和投影物镜,剪切率由像面光栅决定,因此在先技术[1]和在先技术[2]需要更换像面光栅才可以改变剪切率。不同的剪切率,波像差测量的灵敏度不同,在光刻机投影物镜波像差测量中有改变剪切率的需求。
ASML公司(在先技术[3]:WO2014/060149Al)提出一种多通道并行测量的剪切干涉仪用于光刻机投影物镜波像差的多视场点并行测量。在投影物镜的物方放置一光栅板,该光栅板包含n组光栅,n为并行测量的视场点数,每组光栅包含栅线方向相互垂直的两块一维光栅用于在相互正交的方向上进行两次剪切测量,在像面放置一光栅板,该光栅板包含n个二维棋盘光栅,该棋盘光栅的对角线方向平行于物面一维光栅栅线方向。测量时调整物面光栅和像面光栅,使其位置满足物象关系,在像面光栅下离焦位置放置n个探测器用于接收各个视场点的波前剪切干涉图。该方法需要机械移动物面光栅或像面光栅产生相移,需要机械移动光栅板,更换另一方向的光栅,改变剪切方向,而且剪切率受限于像面光栅的周期,需要物面像面光栅同时更换才可以改变剪切率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述在先技术的不足,提供一种光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置与检测方法,实现光刻机投影物镜多视场点波像差的并行检测,提高检测***灵活性和检测精度。
本发明的技术解决方案如下:
一种光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置,该装置包括光源,沿该光源的输出光路方向上依次是照明***、掩模台、工件台和二维光电探测器;其特点在于在掩模台上放置一个物面空间光调制器,该掩模台带动物面空间光调制器移动,在工件台上放置一个像面空间光调制器,该工件台带动像面空间光调制器移动,所述的物面空间光调制器、像面空间光调制器和二维光电探测器分别与所述的计算机相连,所述的物面空间光调制器由计算机设置为含n个物面光栅的物面光栅组(设置方法参见1.FalldorfC,VonKopylowC,BergmannRB.Liquidcrystalspatiallightmodulatorsinopticalmetrology[J].InformationOptics(WIO),2010:1-3,2.US2006/0001890A1),n为正整数,表示并行测量的视场点数。所述的像面空间光调制器由计算机设置为含n个像面剪切光栅的像面光栅组,所述的像面光栅组上的像面剪切光栅个数与物面光栅组上的物面光栅个数相同。所述的物面光栅组上的物面光栅是一维光栅,所述的像面光栅组上的像面光栅为二维棋盘光栅或二维交叉光栅;所述的物面光栅组上的物面光栅和像面光栅组上的像面光栅的排列方式相同;所述的物面空间光调制器和像面空间光调制器均为透射式振幅型或透射式相位型空间光调制器。
利用上述光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置进行光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测的方法,包括以下步骤:
(1)检测光路调整:
调节掩模台,使处于掩模台上的物面空间光调制器处于待测投影物镜的物面,调节工件台,使处于工件台上像面空间光调制器处于待测投影物镜的像面;调节掩模台和工件台,使物面光栅组上的物面光栅与像面光栅组上的像面剪切光栅分别成物象关系;
(2)剪切测量:
根据光刻机投影物镜波像差的检测需求,确定需测量的至少两个剪切方向,通过计算机调节物面光栅组上的物面光栅,使光栅的栅线方向垂直于待测量方向,启动光源,由光电探测器探测像面光栅组上每个像面光栅对应的剪切干涉图,并传输入计算机保存,通过计算机调节,使物面光栅组上的物面光栅的栅线或像面光栅组上的像面光栅的栅线沿待测量的方向上移动(调节方法参见1.FalldorfC,VonKopylowC,BergmannRB.Liquidcrystalspatiallightmodulatorsinopticalmetrology[J].InformationOptics(WIO),2010:1-3,2.US2006/0001890A1),产生相移,通过光电探测器探测每一步相移各个像面光栅对应的剪切干涉图,并传输入计算机保存;
所述的传输入计算机保存的剪切干涉图为光强度数据,所有剪切测量方向上所有视场点的所有相移得到的剪切干涉图表示为Ijkl,其中下标j,k,l为正整数,分别表示第j个测量方向、第k个视场点,第l次相移,Ijkl表示第i个剪切测量方向上第k个视场点第l次测量得到的剪切干涉图;j的取值一般为1和2,即在两个相互垂直的方向上进行剪切测量,但测量也可在一个平面内多个不相互垂直的方向上进行多次,k的取值为1~n,l的取值由拟采用的相移算法确定;
所述的待测量方向为xy平面内的任意方向,待测量方向至少为两个,xy平面为光刻机的坐标系的水平面;
(3)数据处理:
通过计算机(9)对每个像面剪切光栅处的每个剪切方向的所有相移剪切干涉图通过相位提取算法(请参见MalacaraZ,ServinM.Interferogramanalysisforopticaltesting[M].CRCpress,2005),获取每个视场点每个剪切方向的相位信息θjk,通过剪切干涉的波前重建算法(请参见:1.DaiF,TangF,WangX,etal.ModalwavefrontreconstructionbasedonZernikepolynomialsforlateralshearinginterferometry:comparisonsofexistingalgorithms[J].Appliedoptics,2012,51(21):5028-5037,2.MalacaraZ,ServinM.Interferogramanalysisforopticaltesting[M].CRCpress,2005),由计算机采用每个视场点所有剪切方向的相位信息获取每个视场点的波像差信息Wj(j=1,2,…,n),从而获得投影物镜所有并行测量的视场点的波像差Wj。
本发明的原理为:在物面和像面分别使用一个空间光调制器,通过计算机编程控制将空间光调制器设置为光栅组,光栅组内光栅的个数为并行测量的视场点数,光栅组内每个光栅的光栅周期、光栅栅线的方向以及各个光栅之间的距离都可以通过计算机编程控制的方式调节,使得在不更换或机械移动任何器件的前提下实现剪切率可调和剪切方向的改变,提高了***的灵活性。另外,也可以通过计算机编程在空间光调制器的面内垂直于光栅线条的方向移动光栅,从而在剪切干涉中引入相移,避免了传统的机械移动光栅引入相移带来的诸如相移非线性误差、测量光瞳移动或测量视场点偏移等问题,提高了测量精度。本发明可用于大数值孔径下浸没式光刻机投影物镜的波像差测量,实现亚纳米精度的、高速的波像差测量。
本发明与在先技术相比,具有以下优点:
1、与在先技术[1][3]相比,本发明在物面和像面分别采用空间光调制器光栅代替物理光栅,光栅周期和光栅栅线方向可通过计算机调节,因此剪切方向和剪切率可在不更换器件的前提下可调,***更灵活。另外,由于相移可通过计算机编程移动像面或物面空间光调制器光栅线的方式产生,避免机械移动光栅产生相移带来的诸如相移非线性误差、测量光瞳移动或测量视场点偏移等问题,提高了测量精度。
2、与在先技术[2]相比,本发明像面采用空间光调制器光栅代替物理光栅,通过与物面空间光调制器光栅的配合使用,使得测量***剪切率和剪切方向可在不更换器件的前提下可调,避免机械移动,提高了***的灵活性和精度。另外,与在先技术[2]相比,本发明还具有多个视场点可并行测量的优点。
附图说明
图1为本发明光刻机投影物镜波像差多视场点并行测量检测装置示意图;
图2为本发明第一个实施例,进行u方向剪切测量时,通过计算机编程将物面空间光调制器设置为栅线沿v方向的一维光栅组示意图;
图3为本发明第一个实施例,进行v方向剪切测量时,通过计算机编程将物面空间光调制器设置为栅线沿u方向的一维光栅组示意图;
图4为剪切测量方向u方向、v方向与光刻机坐标系的x方向和y方向的关系示意图;
图5为通过计算机编程将像面空间光调制器设置为二维棋盘光栅组示意图;
图6为本发明第二个实施例,通过计算机编程将物面空间光调制器设置为二维排列的一维物面光栅组示意图;
图7为本发明第二个实施例,通过计算机编程将像面空间光调制器设置为二维排列的二维像面剪切光栅组示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明,但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1,图1为本发明光刻机投影物镜波像差多视场点并行检测装置示意图,由图1可见,本发明的测量装置包含光源1、沿该光源1的输出光路方向上依次是照明***2、掩模台3、工件台4和二维光电探测器8;其特征在于在掩模台3上放置一块物面空间光调制器4,该掩模台3带动物面空间光调制器4移动,在工件台6上放置一块像面空间光调制器7,该工件台6带动像面空间光调制器7移动,所述的物面空间光调制器4、像面空间光调制器7和二维光电探测器8分别与所述的计算机9相连,所述的物面空间光调制器4通过计算机9编程设置为含n个物面光栅的物面光栅组,所述的像面空间光调制器7通过计算机9编程设置为含n个像面剪切光栅的像面光栅组;所述的像面光栅组上的像面剪切光栅个数与物面光栅组上的物面光栅个数相同,所述的物面光栅组上的物面光栅是一维光栅,所述的像面光栅组上的像面光栅为二维棋盘光栅或二维交叉光栅。所述的物面空间光调制器和像面空间光调制器均为透射式振幅型或透射式相位型空间光调制器。
在本发明的实施例1中,物面光栅组的物面光栅的栅线方向分别沿v方向和u方向,分别用于在u方向和v方向进行剪切测量;请参见图2,在u方向进行剪切测量时,物面光栅组的物面光栅的栅线方向沿v方向,请参见图3,在v方向进行剪切测量时,物面光栅组的物面光栅的栅线方向沿u方向,请参见图4,u方向与x方向成+45°夹角,v方向与y方向成+45°夹角,本发明定义逆时针旋转的方向为正方向,x方向和y方向为光刻机坐标系的水平面内的两个正交方向,光刻机投影物镜的扫描狭缝的长度方向与y方向相同;请参加图5,像面光栅组上的像面剪切光栅为二维棋盘光栅,所述的二维棋盘光栅的棋盘格61的对角线方向为u方向和v方向;物面光栅周期po与像面光栅周期pi的比值为待测投影物镜5的倍率M,物面光栅组上光栅之间的距离do与像面光栅组上光栅di之间的距离的比值为待测投影物镜5的倍率,物面光栅组上的物面光栅和像面光栅组上的像面光栅均设置为正方形,物面光栅的尺寸Wgo与像面光栅的尺寸Wgi的比值为投影物镜5的倍率,物面光栅组上的物面光栅和像面光栅组上的像面光栅均沿y方向排列,在实施例1中,通过计算机9编程控制物面空间光调制器4,将物面光栅组上光栅的栅线方向旋转90°,改变剪切方向,将物面光栅组上的光栅栅线沿垂直于栅线的方向上移动产生相移;物面光栅组上的物面光栅和像面光栅组上的像面剪切光栅沿均y方向排列,在y方向并行测量n个视场点;
利用上述光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置进行光机投影物镜多视场点波像差并行检测的方法包括以下步骤:
(1)检测光路调整:
调节掩模台3,使处于掩模台3上的物面空间光调制器4处于待测投影物镜5的物面,调节工件台6,使处于工件台上像面空间光调制器7处于待测投影物镜5的像面;调节掩模台3和工件台6,使物面光栅组上的物面光栅与像面光栅组上的像面光栅相对投影物镜5成物像关系;
(2)剪切测量:
1)u方向剪切测量:
调节物面空间光调制器4,使物面光栅组上的物面光栅的栅线沿v方向,启动光源1,通过光电探测器8探测每个像面剪切光栅处的剪切干涉图,并传输入计算机9保存,调节物面空间光调制器4,使物面光栅组上每个光栅的栅线沿u方向移动,实现相移干涉,记录每一步相移的相移剪切干涉图,并传输入计算机9保存;
2)v方向剪切测量:
调节物面空间光调制器4,使物面光栅组的物面光栅的栅线沿u方向,启动光源1,通过光电探测器8探测每个像面剪切光栅处的剪切干涉图,并传输入计算机9保存,调节物面空间光调制器4,使物面光栅组上的每个光栅的栅线沿v方向移动,实现相移干涉,记录每一步相移的相移剪切干涉图,并传输入计算机9保存;
所述的传输入计算机保存的剪切干涉图为光强度数据,所有剪切测量方向上所有视场点的所有相移得到的剪切干涉图表示为Ijkl,其中下标j,k,l为正整数,分别表示第j个测量方向、第k个视场点,第l次相移,Ijkl表示第i个剪切测量方向上第k个视场点第l次测量得到的剪切干涉图;j的取值一般为1和2,即在两个相互垂直的方向上进行剪切测量,但测量也可在一个平面内多个不相互垂直的方向上进行多次,k的取值为1~n,l的取值由拟采用的相移算法确定;
所述的待测量方向为xy平面内的任意方向,待测量方向至少为两个,xy平面为光刻机的坐标系的水平面;
(3)数据处理:
通过计算机9对每个像面剪切光栅处的每个剪切方向的所有相移剪切干涉图通过相位提取算法,获取每个视场点每个剪切方向的相位信息θjk,通过剪切干涉的波前重建算法,由计算机采用每个视场点所有剪切方向的相位信息获取每个视场点的波像差信息Wj(j=1,2,…,n),从而获得投影物镜所有并行测量的视场点的波像差Wj。
本发明提供的第二个实施例,物面光栅组上的物面光栅呈二维分布排列,如图6所示,y方向排列ny个光栅,x方向排列nx个光栅,光栅个数为nx×ny,像面光栅组上的像面光栅也呈二维分布排列,如图7所示,y方向排列ny个光栅,x方向排列nx个光栅,光栅个数为nx×ny,物面光栅组上的物面光栅与像面光栅上的像面光栅相对投影物镜5分别成物象关系,物面光栅的光栅周期、光栅尺寸、光栅之间的距离分别与像面光栅的光栅周期、光栅尺寸、光栅之间的距离的比值为投影物镜5的倍率M,物面光栅组上的物面光栅为一维光栅,像面光栅组上的像面剪切光栅为二维棋盘光栅,本实施例能够并行测量的视场点数为n=nx×ny。
利用上述光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置进行光机投影物镜多视场点波像差并行检测的方法包括以下步骤:
(1)检测光路调整:
调节掩模台3,使处于掩模台3上的物面空间光调制器4处于待测投影物镜5的物面,调节工件台6,使处于工件台上像面空间光调制器7处于待测投影物镜5的像面;调节掩模台3和工件台6,使物面光栅组上的物面光栅与像面光栅组上的像面光栅相对投影物镜5成物像关系;
(2)剪切测量
1)u方向剪切测量:
调节物面空间光调制器4,使物面光栅组上的物面光栅的栅线沿v方向,启动光源1,通过光电探测器8探测每个像面剪切光栅处的剪切干涉图,并传输入计算机9保存,调节物面空间光调制器4,使物面光栅组上每个光栅的栅线沿u方向移动,实现相移干涉,记录每一步相移的相移剪切干涉图,并传输入计算机9保存;
2)v方向剪切测量:
调节物面空间光调制器4,使物面光栅组的物面光栅的栅线沿u方向,启动光源1,通过光电探测器8探测每个像面剪切光栅处的剪切干涉图,并传输入计算机9保存,调节物面空间光调制器4,使物面光栅组上的每个光栅的栅线沿v方向移动,实现相移干涉,记录每一步相移的相移剪切干涉图,并传输入计算机9保存;
所述的传输入计算机9保存的剪切干涉图为光强度数据,所有剪切测量方向上所有视场点的所有相移得到的剪切干涉图表示为Ijkl,其中下标j,k,l为正整数,分别表示第j个测量方向、第k个视场点,第l次相移,Ijkl表示第i个剪切测量方向上第k个视场点第l次测量得到的剪切干涉图;j的取值一般为1和2,即在两个相互垂直的方向上进行剪切测量,但测量也可在一个平面内多个不相互垂直的方向上进行多次,k的取值为1~n,l的取值由拟采用的相移算法确定;
所述的待测量方向为xy平面内的任意方向,待测量方向至少为两个,xy平面为光刻机的坐标系的水平面;
(3)数据处理:
通过计算机对每个像面剪切光栅处的每个剪切方向的所有相移剪切干涉图通过相位提取算法,获取每个视场点每个剪切方向的相位信息θjk,通过剪切干涉的波前重建算法,由计算机采用每个视场点所有剪切方向的相位信息获取每个视场点的波像差信息Wj(j=1,2,…,n),从而获得投影物镜所有并行测量的视场点的波像差Wj。
与在先技术相比,本发明在物面和像面均采用空间光调制器作为光场调制器件,在不机械移动或更换任何器件的前提下可实现相移、剪切率的调整和剪切方向更换,***灵活,测量光瞳位置和测量视场点的位置都不会发生偏移,测量精度更高。
Claims (4)
1.一种光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置,该装置包括光源(1),沿该光源(1)的输出光路方向上依次是照明***(2)、掩模台(3)、工件台(6)和二维光电探测器(8);其特征在于在掩模台(3)上放置一个物面空间光调制器(4),该掩模台(3)带动物面空间光调制器(4)移动,在工件台(6)上放置一个像面空间光调制器(7),该工件台(6)带动像面空间光调制器(7)移动,所述的物面空间光调制器(4)、像面空间光调制器(7)和二维光电探测器(8)分别与所述的计算机(9)相连,所述的物面空间光调制器(4)由计算机(9)设置为含n个物面光栅的物面光栅组,n为正整数,表示并行测量的视场点数,所述的像面空间光调制器(7)由计算机(9)设置为含n个像面剪切光栅的像面光栅组,所述的物面光栅组上的物面光栅是一维光栅,所述的像面光栅组上的像面光栅为二维棋盘光栅或二维交叉光栅;所述的物面光栅组上的物面光栅和像面光栅组上的像面光栅的排列方式相同。
2.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置,其特征在于,所述的物面空间光调制器(4)和像面空间光调制器(7)均为透射式振幅型或透射式相位型空间光调制器。
3.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置,其特征在于所述的物面光栅组上的物面光栅或像面光栅组上的像面光栅的排列方式为在一条直线上的一维排列,或在一个平面内两个相互垂直方向上的二维排列。
4.采用权利要求1所述的光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置进行光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测的方法,其特征在于该方法包含以下步骤:
(1)检测光路调整:
调节掩模台(3),使处于掩模台(3)上的物面空间光调制器(4)处于待测投影物镜(5)的物面,调节工件台(6),使处于工件台(6)上的像面空间光调制器(7)处于待测投影物镜(5)的像面;调节掩模台(3)和工件台(6),使物面光栅组上的物面光栅与像面光栅组上的像面剪切光栅分别成物象关系;
(2)剪切测量:
通过计算机(5)调节物面光栅组上的物面光栅,使物面光栅的栅线方向垂直于待测量剪切方向,启动光源(1),由光电探测器(8)探测像面光栅组上每个像面剪切干涉光栅对应的剪切干涉图,并传输入计算机(9)保存,通过计算机(9)调节,使物面光栅组上的物面光栅的栅线或像面光栅组上的像面光栅的栅线沿待测量的方向上移动产生相移表示第l次相移的相移量,通过光电探测器(8)探测每一步相移各个像面光栅对应的剪切干涉图,并传输入计算机(9)保存;
所述的传输入计算机(9)保存的剪切干涉图为光强度数据,所有剪切测量方向上所有视场点的所有相移得到的剪切干涉图表示为Ijkl,其中下标j,k,l为正整数,分别表示第j个测量方向、第k个视场点,第l次相移,Ijkl表示第i个剪切测量方向上第k个视场点第l次测量得到的剪切干涉图;
所述的待测量方向为xy平面内的任意方向,待测量方向至少为两个,xy平面为光刻机的坐标系的水平面;
(3)数据处理:
通过计算机(9)对每个像面剪切光栅处的每个剪切方向的所有相移剪切干涉图通过相位提取算法,获取每个视场点每个剪切方向的相位信息θjk,通过剪切干涉的波前重建算法由每个视场点所有剪切方向的相位信息获取每个视场点的波像差信息Wj(j=1,2,…,n),从而获得投影物镜所有并行测量的视场点的波像差Wj。
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