JP2004279873A - 露光方法及びパターン形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】TFT基板101と貼り合わされてデバイスを構成するためのCF基板100が載置されたステージ31とフォトマスク33とを相対移動させて、CF基板100の複数の露光領域100aのそれぞれにデバイスの一部として機能する複数層のパターンを順次露光する露光方法において、複数層のうち最初の層の露光前に、アライメントマーク53…53をCF基板100に形成する工程と、アライメントマーク53…53とフォトマスク33に設けられたアライメントマーク51…51との相対位置に基づいて複数層のそれぞれの露光領域100a…100aと、各層に対応するフォトマスク33とを順次位置合せする工程とを備える。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルターやTFT基板等の互いに貼り合わされてデバイスを構成する基板の露光方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
基板上の複数の露光領域に対して順次マスクパターンを露光する露光装置として、レーザー測長系によりステージ位置を測定しながらステージを駆動することにより、フォトマスクと露光領域とを順次位置合わせするものが知られている。この露光装置を用いて複数層に対して露光を行なう場合、例えば、カラーフィルターに対して露光を行なう場合、ブラックマトリクス層やR、G、B層等の各層に対応してそれぞれ別の露光装置が用意される。そして、最初の層(ブラックマトリクス層)の露光装置はレーザー測長系を用いてフォトマスクの位置合わせを行なうとともに、露光と同時にアライメントマークを形成し、以降の層(R、G、B層)の露光装置はそのアライメントマークに基づいてフォトマスクの位置合わせを行なって露光する。
【0003】
また、半導体ウェハのスクライブラインにより複数に区分されたフィールドに対して露光する装置として、スクライブラインにアライメントマークを形成し、そのアライメントマークとフォトマスクのアライメントマークとを位置合わせするものが知られている(特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−109605号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述の技術では、レーザー測長系を露光装置に設けることから、種々の不都合が生じた。例えば、他の基板と貼り合わせたときに、互いの複数の露光領域がそれぞれ一致する必要があること等から、レーザー測長系には高い精度が要求される。しかし、レーザー測長系は、温度変化、気圧変化等で測定値に誤差が生じるため、露光装置の温度等を高精度に制御する必要があった。また、最初の層の露光装置と、以降の層の露光装置とでは、装置の構成が異なることになり、露光装置の互換性を確保することが困難であった。互換性を確保するために各層の露光装置全てにレーザー測長系を設けることも考えられるが、レーザー測長系は高価なものであり現実的ではなかった。
【0006】
そこで、本発明は、フォトマスクと露光領域との位置合わせに露光装置のレーザー測長系を必要としない露光方法及びパターン形成装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【0008】
本発明の露光方法は、対向基板(101)と貼り合わされてデバイスを構成するための露光基板(100)が載置されたステージ(31)とフォトマスク(33)とを相対移動させて、前記露光基板の複数の露光領域(100a…100a)のそれぞれに前記デバイスの一部として機能する複数層のパターンを順次露光する露光方法において、前記複数層のうち最初の層の露光前に、複数のアライメントマーク(53…53)を前記露光基板に形成する工程と、前記複数のアライメントマークと前記フォトマスクに設けられたアライメントマーク(51…51)との相対位置に基づいて前記複数層のそれぞれの露光領域と、各層に対応するフォトマスクとを順次位置合せする工程と、を備えることにより、上述した課題を解決する。
【0009】
本発明によれば、デバイスの一部として機能する全ての層において、露光領域とフォトマスクとの位置合わせがアライメントマークに基づいて行なわれるから、各層の露光装置にレーザー測長系を設ける必要が無い。従って、稼動時の温度条件の緩和、露光装置の互換性確保が実現される。また、対向基板と貼り合わされる露光基板への露光では、複数の露光領域と対向基板の複数の対向領域とを一致させる必要から、複数の露光領域間の相対位置を予め設定された相対位置にしなければならない。このため、従来のようなレーザー測長系を用いて最初の層を露光する方法では、複数の露光領域のうち一部の露光領域にのみ露光を行なったときに、他の露光装置に基板を移してしまうと、既に露光した露光領域の位置を特定することができず、残りの露光領域に対して露光を行なうことができなかった。従って、一つの層の全ての露光領域に対して一台の露光装置で露光を行なわなければならなかった。しかし、本発明では露光前にアライメントマークにより複数の露光領域の相対位置が特定されているから、複数の露光領域のうち一部の露光領域に露光した後、他の露光装置に移して残りの露光領域に対して露光を行なうこともできる。これにより、一枚の基板に複数種のパターンを形成することが可能となり、基板の面付けロスを防止したり、種々の事情に応じた混流生産を行なうことができる。
【0010】
本発明の露光方法において、前記対向基板は、前記複数の露光領域のそれぞれと相互に貼り合わされる複数の対向領域(101a)を有し、前記形成する工程では、前記対向領域のパターンを形成する装置の誤差の影響を含んだ前記複数の対向領域の配置と、前記複数の露光領域の配置とを一致させるように、前記複数のアライメントマークを前記露光基板に形成してもよい。アライメントマークを予め設定された位置に形成したとしても、対向領域のパターンを形成する装置固有の癖に基づく対向領域の位置ずれにより、対向領域と露光領域とを精度よく一致させることができないおそれがある。しかし、上述の本発明の態様によれば、対向領域のパターンを形成する装置の誤差を見込んでアライメントマークを形成するから、露光領域と対向領域との位置合わせの精度が向上する。なお、誤差の影響を含んだ対向領域の配置は、パターンが形成された対向基板の対向領域の位置をマーキング装置で測定することにより取得してもよいし、パターンを形成する装置の動作特性の試験等のなんらかの方法により、装置の癖を把握することにより取得してもよい。
【0011】
本発明の露光方法において、前記露光基板はガラス基板であり、前記形成する工程では、前記露光基板にレーザー光を照射して前記ガラス基板内部の光学的性質を変化させることにより、前記複数のアライメントマークを形成してもよい。この場合、ガラス内部にアライメントマークが形成されるから、その後の露光基板に対する処理によりアライメントマークが変形、削除されるおそれがない。このため、各層の露光領域に対するフォトマスクの位置合わせが正確に行なわれる。
【0012】
なお、本発明の露光方法において、前記露光基板は静電チャック(42a)に保持された状態で前記対向基板に貼り合わされるものであり、前記形成する工程では、前記貼り合せの際に用いられる静電チャックと同一機種の静電チャック(21a)により前記露光基板を保持した状態で、前記複数のアライメントマークを形成してもよい。アライメントマークを正確な位置に形成して露光を行なっても、貼り合せ時に静電チャックにより露光基板に変形が生じて露光領域の位置がずれ、露光領域と対向領域とが精度よく位置合わせされないおそれがある。しかし、上述の本発明の態様では、貼り合せ時の変形が再現された状態で露光基板にアライメントマークが形成されるから、アライメントマーク形成時の露光領域の位置と貼り合せ時の露光領域の位置とは一致し、露光領域と対向領域とが精度よく位置合わせされる。
【0013】
本発明のパターン形成装置(1)は、対向基板(101)と貼り合わされてデバイスを構成するための露光基板(100)が載置されたステージ(31)とフォトマスク(33)とを相対移動させて、前記露光基板の複数の露光領域(100a)のそれぞれに前記デバイスの一部として機能する複数層のパターンを順次露光する露光装置(12、13、14、15)を備えたパターン形成装置において、前記露光装置とは別に設けられ、複数のアライメントマークを前記露光基板に形成するマーキング装置(11)を備えることにより、上述した課題を解決する。
【0014】
本発明のパターン形成装置によれば、露光装置により各層に対して露光を行なう前に、マーキング装置により基板にアライメントマークを形成することができるから、上述した露光方法を実現可能である。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明のパターン形成装置1の構成を示す図である。パターン形成装置1は、CF基板100(露光基板、図8参照)に対してフォトリソグラフィーによりパターンを形成する装置として形成されている。
【0016】
CF基板100は、例えばガラス基板で構成され、厚さ1mm、面積4m2に形成されている。CF基板100は、パターン形成装置1によるパターン形成後、貼り合わせ装置2によりTFT基板101(図7(a)参照)と貼り合わされる。1組のCF基板100及びTFT基板101からは、6枚の液晶表示デバイスが製造される。このため、図8にも示すように、CF基板100上の6つの露光領域100a…100aに対してパターン形成装置1により露光が行われる。
【0017】
図1のパターン形成装置1は、CF基板100にアライメントマーク53(図7(b)参照)を形成するためのマーキング装置11と、CF基板100上の各層に対してそれぞれ露光を行なうための複数の露光装置12〜15とを備えている。露光装置12〜15は、例えば、ブラックマトリクス層、R層、G層、B層にそれぞれ対応して設けられている。なお、パターン形成装置1にはこの他、各露光装置12〜15による露光前にCF基板100の表面に顔料を分散した感光性樹脂やレジストを薄膜状に成膜するコーター、露光後のCF基板100に対して現像処理を行なう現像装置等の種々の装置が設けられるが、本発明の要旨ではないので説明は省略する。
【0018】
図2(a)は、マーキング装置11の構成を示す側面図である。マーキング装置11は、CF基板100を載置するためのステージ21と、ステージ21を水平方向において駆動するための駆動装置22と、ステージ21の位置を測定するためのレーザー測長系23と、CF基板100にマーキングするための光学系24と、ステージ21上を撮像するカメラ25と、制御装置26とを備えている。
【0019】
ステージ21の上面には、静電気力によりCF基板100を吸着保持する静電チャック21aが設けられている。静電チャック21aは、貼り合せ装置2の静電チャック42a(図3(b)参照)と同じものである。静電チャック21aには種々の公知技術を利用可能である。静電チャック21aは、例えば絶縁体(不図示)と、その絶縁体に埋設された電極(不図示)とを備えて構成されている。絶縁体に面型の電極が埋設されたものでもよいし、双極の電極が埋設されたものでもよいし、多数の電極が埋設されたものでもよい。
【0020】
駆動装置22は、例えば電動モータを含んで構成され、その動作は制御装置26によって制御される。レーザー測長系23は、例えばステージ21に向けてレーザー光を照射するとともに、反射されたレーザー光を受光してステージまでの距離を測定するレーザー干渉計(不図示)を含んで構成されている。レーザー干渉計は測定した距離に応じた信号を制御装置26に出力する。
【0021】
光学系24は、例えばレーザー27と、対物レンズ28とを含んで構成されている。図2(b)に示すように、レーザー27から出力されたレーザー光Lは、対物レンズ28により集光点Qに集光される。集光点Qではレーザー光LによりCF基板100の光学的性質が変化する。例えば、レーザー光Lによりガラス内部に泡が生じ、集光点Qにおいて光が散乱されやすくなる。従って、レーザー光LをCF基板100に対して走査することにより、CF基板100にアライメントマーク53が形成される。なお、レーザー光Lの走査は、ステージ21を水平方向に駆動することによって行なってもよいし、光学系24に含まれるレンズやミラー等を駆動することによって走査してもよい。レーザー27には例えばパルスレーザーを用い、ドットを繋ぐことによりマーキングを行なってもよい。
【0022】
カメラ25は、例えばCCDカメラとして構成され、撮像した画像に基づく映像信号を制御装置26に出力する。カメラ25は、光学系24によりレーザー光Lが照射される範囲を撮像可能に設けられている。制御装置26は、例えばCPU、ROM、RAM、外部記憶装置を含んだコンピュータとして構成され、外部記憶装置に記録されているプログラム等に従って、静電チャック21a、駆動装置22、レーザー27等の種々の装置の動作を制御する。
【0023】
図3(a)は、露光装置12の構成を示す側面図である。なお、露光装置13〜15も同様の構成である。露光装置12は、CF基板100を載置するステージ31と、ステージ31を水平方向及び上下方向において駆動する駆動装置32と、ステージ31の上方に配置されたフォトマスク33と、フォトマスク33の上方からステージ2上を撮像するカメラ34、34と、制御装置35とを備えている。なお、露光装置12はこの他、フォトマスク33に光束を照射するための照明装置等の種々の装置を備えるが、本発明の要旨ではないので説明は省略する。ただし、露光装置12には、ステージ31の水平方向の位置を測定するためのスケールはあるがレーザー測長系は設けられていない。
【0024】
ステージ31の上面には、真空チャック31aが設けられている。駆動装置32は、例えば電動モータを含んで構成され、制御装置35によって制御される。フォトマスク33は、図8に示すように、一つの露光領域100aを覆う大きさを有している。また、フォトマスク33は、露光領域100aに相当する領域の外側の位置にアライメントマーク51、51を備えている。カメラ34、34はアライメントマーク51、51を撮像可能な位置に設けられ、撮像した画像に基づく映像信号を制御装置35に出力する。制御装置35は、例えば制御装置26と同様にコンピュータとして構成され、外部記憶装置に記録されているプログラム等に従って、駆動装置32等の種々の装置の動作を制御する。なお、制御装置26と制御装置35とは一方が他方に兼用されていてもよい。
【0025】
図3(b)は、貼り合わせ装置2の構成を示す側面図である。貼り合わせ装置2は、CF基板100とTFT基板101とを上下に対向させ、下側の基板に液晶を滴下してから、真空中でCF基板100とTFT基板101とを貼り合わせる装置として構成されている。
【0026】
貼り合わせ装置2は、内部を減圧状態に維持可能なチャンバ41と、チャンバ41の内部に設けられ、上下に対向する定盤42、43とを備えている。なお、貼り合わせ装置2はこの他、定盤42、43を上下に駆動して相互に近接又は離間させる駆動装置等を備えるが、本発明の要旨ではないので説明は省略する。定盤42、43はそれぞれCF基板100、TFT基板101を静電気力により保持するための静電チャック42a、43aを備えており、CF基板100及びTFT基板101はそれぞれ静電チャック42a、43aに保持された状態で貼り合わされる。
【0027】
上述の構成を有するパターン形成装置1の動作を説明する。
【0028】
パターン形成装置1は、CF基板100に対する処理の前にマーキング装置11によりTFT基板101の露光領域101a・・・101aの位置を学習する。図4は、その学習の際にマーキング装置11の制御装置26が実行する位置計測処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば、ユーザが制御装置26に対して所定の入力操作を実行したときに実行される。この処理は、図7(a)に示すように、ステージ21にTFT基板101が載置されることが前提となる。
【0029】
図7(a)に示すように、TFT基板101は、CF基板100の露光領域100a…100aとそれぞれ貼り合わされるべき領域101a…101aを有しており、各領域101a…101aには、パターン形成装置1とは別の製造装置により既にパターニングが行われている。TFT基板101は、領域101a…101aの周囲にそれぞれアライメントマーク52、52の組を複数有している。アライメントマーク52、52は、領域101a…101aの位置を示すものであり、例えば、領域101aに対して露光を行う際に、アライメントマーク52のパターンも同時に露光されて形成される。
【0030】
TFT基板101は、CF基板100と貼り合わされる面(膜面)を下に向けてステージ21に載置される。なお、TFT基板101のステージ21への載置は、ユーザが手作業で行ってもよいし、CF基板100をステージ21へ載置するためのマーキング装置11の搬送装置(不図示)が行ってもよい。
【0031】
図4のステップS1では、制御装置26は、カメラ25の下方にアライメントマーク52…52のうちいずれか一つを位置させるように、駆動装置22の動作を制御してステージ21を移動させる。この制御は、例えば制御装置26に予め記録されている制御量に基づいて行われる。
【0032】
次に制御装置26は、カメラ25からの映像信号に基づいて、アライメントマーク52と、集光点Qとのずれを特定するとともに(ステップS2)、駆動装置22を制御してアライメントマーク52と集光点Qとを位置合わせする(ステップS3)。そして、位置合わせしたときのステージ21の位置をレーザー測長系23により計測して記録する(ステップS4)。ステップS5では全てのアライメントマーク52…52に対して計測が終了したか否を判定し、終了していないと判定した場合はステップS1〜S4を繰り返し実行して、残りのアライメントマーク52…52と集光点Qとを一致させたときのステージ位置を順次計測する。終了したと判定した場合は処理を終了する。なお、集光点Qの位置は、例えば、予め試験用の基板に光学系24によりマーキングを行うことにより、カメラ25の撮像範囲における集光点Qの位置を特定しておけばよい。
【0033】
TFT基板101の露光領域101a・・・101aの学習後、パターン形成装置1は、まだ表面に各層のレジストが成膜されていないCF基板100を受取ると、不図示の搬送装置により、マーキング装置11、露光装置12、13、14、15の順にCF基板100を搬送し、各装置11〜15によりCF基板100に対して各種の処理を実行する。
【0034】
図5は、マーキング装置11の制御装置26が実行するマーキング処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば、CF基板100がステージ21に載置されたときに開始される。この処理が実行されている間、CF基板100は静電チャック21aにより吸着保持されている。なお、ステージ21に載置されたCF基板100には、まだ各層に対応するレジスト等は成膜されていない。
【0035】
ステップS11では、制御装置26は、位置計測処理(図4参照)のステップS4で測定したステージ位置のいずれかにレーザー測長系23の測定するステージ位置を一致させるように、駆動装置22の動作を制御してステージ21を移動させる。次に、レーザー27を駆動してCF基板100に対してアライメントマーク53を形成する。ステップS13では、TFT基板101のアライメントマーク52…52の全てに対応してアライメントマーク53…53が形成されたか否かを判定し、形成されていないと判定した場合には、ステップS11及びS12を繰り返し実行する。これにより、図7(a)及び図7(b)に示すように、TFT基板101のアライメントマーク52…52と同じ配置で、CF基板100のアライメントマーク53…53が順次形成される。
【0036】
図6は、露光装置12の制御装置35が実行する露光処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば図8に示すように、CF基板100がステージ31に載置されたときに開始される。この処理が実行されている間、CF基板100は真空チャック31aにより吸着保持されている。なお、ステージ31に載置されたCF基板100には、ブラックマトリクス層のレジストが成膜されている。
【0037】
まず、制御装置35は、フォトマスク33の下方に露光領域100a…100aのうちいずれか一つを位置させるように、駆動装置32の動作を制御する(ステップS21)。この制御は、例えば、制御装置35に予め記録されている制御量に基づいて行われる。次に、カメラ7によりフォトマスク33のアライメントマーク51とCF基板100のアライメントマーク53とを撮像し(ステップS22)、アライメントマーク51と、アライメントマーク53との位置ずれを特定する(ステップS23)。そして、図8に示すように、その位置ずれに基づいてフォトマスク33と露光領域100aとの位置合わせを行う(ステップS24)。その後、ステップS25では不図示の照明装置を駆動して露光を行う。ステップS15では、全ての露光領域100a…100aに対して露光が終了したか否か判定し、終了していないと判定した場合は、ステップS21からS25までを繰り返し実行する。これにより、図8に示すように、露光領域100a…100aに対して順次露光が行なわれる。
【0038】
なお、露光装置13〜15においても、各装置の備える制御装置により同様の処理が実行され、R層、G層、B層の各層の露光領域100a…100aに対して順次露光が実行される。
【0039】
本発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想と実質的に同一である限り、種々の形態で実施してよい。
【0040】
TFT基板101のアライメントマーク52の計測時におけるTFT基板101の保持方法と、CF基板100のアライメントマーク53の形成時におけるCF基板100の保持方法とを、さらに貼り合せ装置2による保持方法に一致させてもよい。例えば、TFT基板101のアライメントマーク52の位置を計測する際に、静電チャック43aと同じ静電チャックにより、上方からTFT基板101を保持してもよい。
【0041】
貼り合わせ装置2において、CF基板100を下側とするものを例示したが、CF基板100が上側であってもよい。この場合、マーキング装置11において、CF基板100を上方から静電チャックにより保持した状態でアライメントマーク53を形成してもよい。
【0042】
マーキング装置11において、CF基板100を静電チャックにより保持するものを例示したが、真空チャックによりCF基板100を保持してもよい。
【0043】
TFT基板101の露光領域101a…101aの位置計測には種々の方法を用いてよい。マーキング装置11とは別の装置により計測し、その計測結果のデータをマーキング装置11に入力してもよい。アライメントマーク52…52の位置を計測するものに限られず、例えば、露光領域101aのパターンに基づいて、露光領域101aの位置を直接計測してもよい。
【0044】
CF基板100のアライメントマーク53は、種々の方法により形成してよい。例えば、アライメントマークのパターンを有するフォトマスクを介してCF基板100にレーザー光を照射し、CF基板100の光学的性質を変化させてもよい。クロム膜を蒸着する等して、他の材料を付着させてもよい。アライメントマーク53は、ブラックマトリクス層のパターンが露光されるまでに形成されていればよいから、クロム膜や樹脂BM膜にレーザーでマーキングしてもよい。
【0045】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、デバイスの一部として機能する全ての層において、露光領域とフォトマスクとの位置合わせがアライメントマークに基づいて行なわれるから、各層の露光装置にレーザー測長系を設ける必要が無い。従って、稼動時の温度条件の緩和、露光装置の互換性確保が実現される。また、複数の露光領域のうち一部の露光領域に露光した後、他の露光装置に移して残りの露光領域に対して露光を行なうこともできる。これにより、一枚の基板に複数種のパターンを形成することが可能となり、基板の面付けロスを防止したり、種々の事情に応じた混流生産を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したパターン形成装置の構成を示す図。
【図2】図1のパターン形成装置に含まれるマーキング装置の構成を示す図。
【図3】図1のパターン形成装置に含まれる露光装置及び貼り合せ装置の構成を示す図。
【図4】図2のマーキング装置の制御装置が実行する位置計測処理の手順を示すフローチャート。
【図5】図2のマーキング装置の制御装置が実行するマーキング処理の手順を示すフローチャート。
【図6】図3の露光装置の制御装置が実行する露光処理の手順を示すフローチャート。
【図7】図4の位置計測処理及び図5のマーキング処理が実行されているときの図2のマーキング装置の状態を示す図。
【図8】図6の露光処理が実行されているときの図3の露光装置の状態を示す図。
【符号の説明】
1 パターン形成装置
11 マーキング装置
12、13、14、15 露光装置
21a、42a 静電チャック
31 ステージ
33 フォトマスク
51、53 アライメントマーク
100 CF基板
100a 露光領域
101 TFT基板
101a 露光領域(対向領域)
Claims (4)
- 対向基板と貼り合わされてデバイスを構成するための露光基板が載置されたステージとフォトマスクとを相対移動させて、前記露光基板の複数の露光領域のそれぞれに前記デバイスの一部として機能する複数層のパターンを順次露光する露光方法において、
前記複数層のうち最初の層の露光前に、複数のアライメントマークを前記露光基板に形成する工程と、
前記複数のアライメントマークと前記フォトマスクに設けられたアライメントマークとの相対位置に基づいて前記複数層のそれぞれの露光領域と、各層に対応するフォトマスクとを順次位置合せする工程と、
を備えることを特徴とする露光方法。 - 前記対向基板は、前記複数の露光領域のそれぞれと相互に貼り合わされる複数の対向領域を有し、
前記形成する工程では、前記対向領域のパターンを形成する装置の誤差の影響を含んだ前記複数の対向領域の配置と、前記複数の露光領域の配置とを一致させるように、前記複数のアライメントマークを前記露光基板に形成することを特徴とする請求項1に記載の露光方法。 - 前記露光基板はガラス基板であり、
前記形成する工程では、前記露光基板にレーザー光を照射して前記ガラス基板内部の光学的性質を変化させることにより、前記複数のアライメントマークを形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の露光方法。 - 対向基板と貼り合わされてデバイスを構成するための露光基板が載置されたステージとフォトマスクとを相対移動させて、前記露光基板の複数の露光領域のそれぞれに前記デバイスの一部として機能する複数層のパターンを順次露光する露光装置を備えたパターン形成装置において、
前記露光装置とは別に設けられ、複数のアライメントマークを前記露光基板に形成するマーキング装置を備えることを特徴とするパターン形成装置。
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