JPH03179723A - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JPH03179723A
JPH03179723A JP1318028A JP31802889A JPH03179723A JP H03179723 A JPH03179723 A JP H03179723A JP 1318028 A JP1318028 A JP 1318028A JP 31802889 A JP31802889 A JP 31802889A JP H03179723 A JPH03179723 A JP H03179723A
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mask
substrate
scanning position
optical system
projection
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利幸 渡辺
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/70075Homogenization of illumination intensity in the mask plane by using an integrator, e.g. fly's eye lens, facet mirror or glass rod, by using a diffusing optical element or by beam deflection
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging
    • G03F7/70366Rotary scanning

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体や液晶表示装置基板の製造等に用いられ
る投影露光装置に関するものである。
従来の技術 第8図及び第9図は、特願昭62−163号公報に開示
されている従来の投影露光装置の構成を示すものである
集光光学系1は光源2、楕円ミラー3等で構成されてお
り、光源2の光を光フアイバー束5の入射端に集光させ
る。4は照明光学系であり、複数に分岐した光フアイバ
ー束5の射出端6から出た光が、集光レンズ7を通って
マスク8にスポット状に照射される。マスク8を通過し
た光は、複数のレンズより成る1:1正立投影光学系9
を経て基板10にマスク8の部分パターンの像を結ぶ。
集光光学系1、照明光学系4、l:1正立投影光学系9
は、固定金具13、回転筐体11.12により一体的に
支持されており、回転軸14を中心にモーター15によ
り一体的に回転する。またマスク8、基板10はキャリ
ッジ16により一体的に支持されており、駆動モーター
17により、第9図に示すCの方向に直線走査される。
このようにして、マスク8のパターンを基板10全面に
わたって1:1投影露光するものである。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような構成では、収差の少ない正
立投影系を構成するのにレンズを多数枚必要とし、また
全長が長くなるという欠点を有していた。
さらに、1:1の投影しかできないので、微細パターン
を露光する場合あるいは大面積を露光する場合マスクの
製造が困難であり、超LSIや大型液晶パネル等には用
いることができないという欠点を有していた。
本発明は上記問題点に鑑み、微小または拡大投影が可能
で、レンズ枚数が少なく光学系全長が短くてすみ、超L
SIや大型液晶パネル等の製造にも使用可能な高解像度
の投影露光装置を提供するものである。
課題を解決するための手段 上記問題点を解消するために本発明の投影露光装置は、
光源と、その光をマスクに照射する手段と、前記マスク
の部分パターンの比較的小さな面積をN:1の比率で基
板上に投影する1つまたは複数の倒立または正立投影光
学系と、前記投影光学系を前記マスク及び前記基板に対
してN:1の速度比で走査運動させる走査手段と、前記
マスクに対する走査位置と前記基板に対する走査位置と
をN:Iの速度比で移動させるマスク走査位置移動手段
及び基板走査位置移動手段とを備えたことを特徴とする
作   用 本発明は上記構成によって、N:l倒立光学系を走査手
段にてマスク及び基板に対して走査運動させ、かつマス
ク走査位置移動手段及び基板走査位置移動手段によって
マスクと基板のそれぞれの走査位置を相反する方向に又
は同一方向にN:■の速度比で移動させることにより、
マスクの光を照射された部分パターンの像を基板全面に
わたってN:1に走査露光することができるものである
N:1回転倒立あるいは正立光学系を用いるため小型か
つ小数枚の光学部品で構成でき投影光学系の全長が短く
てすみ、レンズの視野が小さくても良いのでNAの大き
な高解像力の光学部品を使用して、超微細パターンの露
光が行なえる又はレンズの大きさに対しはるかに大きな
面積を投影露光できるという長所を有している。
また、投影光学系内の光学部品の構成及び配置を変える
ことにより、拡大、等倍、縮小投影が行なえる。
実施例 第1図〜第3図は、本発明の第1の実施例における回転
走査型の投影露光装置である。
第1図において、20は光源である水銀灯、21は熱線
透過型楕円面反射鏡、22は光フアイバー束であり、2
3は前記光フアイバー束22を固定する固定金具である
。31は補助集光レンズ、32は明るさ絞り、33は集
光レンズ、34は第1回転置体である。39は明るさ絞
り、40゜44は縮小投影レンズ、42.43は反射ミ
ラー41は第2回転置体である。35はマスク、36は
前記マスク35を保持するステージであり、モータ37
及びボールネジ38によりDの方向に駆動される。46
は基板、47は前記基板46を保持するステージであリ
モータ48及びボールネジ49によりEの方向に駆動さ
れる。50は前記ステージ47と直交するステージであ
り、モータ5及びボールネジ52により第2図のFの方
向に駆動される。30は前記第1回転置体34、第2回
転置体41及び固定金具23を一体的に保持する回転軸
であり、駆動モータ24、小プーリ25、大プーリ26
、及びベルト27により回転駆動される。28.29は
回転軸30の回転軸受である。
なお、前記縮小投影レンズ40.44は、前記マスク3
5のパターンを前記基板46にN:1の倍率(N≧1)
で縮小倒立像を投影するように構成されており かつ縮
小投影レンズ40の光軸53と縮小投影レンズ44の光
軸54は前記回転軸30に対しN:1(N≧1)の位置
に配置されている。
以上のように構成された回転走査投影露光装置について
その動作を説明する。
光源の水銀灯20から出た光は楕円面反射鏡21で反射
し集光されて光フアイバー束22の入射端に入射する。
光フアイバー束22を通った光は補助集光レンズ31、
集光レンズ33を経てマスク35の下面上に照明スポッ
トを形成する。第2図はマスクパターン面上の照明スポ
ットと基板46上の照明スポットの様子を描いた図であ
る。
本実施例の場合マスクパターン面上の照明スポット径は
8mmである。直径8IIIII+の範囲のマスクパタ
ーン情報を含んだ光がレンズ40、ミラー42゜43、
レンズ44で構成されるN:1縮小倒立光学系を通り、
基板46の上面に前記マスク35の部分パターンの像を
結ぶ。本実施例ではN=4であり、基板46上面での8
mの照明スポットは4分の1に縮小されて直径2間とな
る。
光フアイバー束22、第1回転筐体34、第2回転筐体
41はモータ24により一体的に回転されるから、照明
スポットの軌跡は円となる。また円弧スリット状固定絞
り55により照明範囲を制限することにより、基板46
上の照度を均一にして1回転の走査で、第2図に示すマ
スクパターン上の範囲56が基板46面では57のごと
く露光される二また、マスク35は、モータ37により
第2図のDの方向へ直線走査位置移動され基板46はE
の方向へ直線走査位置移動される。このとき、前記2つ
の直線走査位置移動の速度はレーザー測長器(図示せず
〉等を用いたサーボ駆動装置等により厳密にマスク走査
位置移動速度二基板走査位置移動速度=N:1(本実施
例では4:1)になるように制御される。従って前記回
転走査とマスク35及び基板46の2つの直線走査位置
移動により、第3図(a) (b)に示すように、マス
ク35のパターンが全て基板46に4分の1に縮小され
て露光されることとなる。
なお、本実施例では基板46の走査位置移動手段として
、E方向のステージ47と直交するH方向のステージ5
0を設けているため、第3図(b)のごとく1枚の基板
46に複数のマスクパターンを次々に縮小露光すること
ができる。但し、露光中のマスク35の直線走査位置移
動の方向りと基板46の直線走査位置移動の方向Eは常
に逆向きである。また、基板46上に露光されるパター
ンは第3図(a) (b)のごとく倒立像となる。
実際の露光例ではマスクパターン面上でのスポット照明
系が8mmで、マスク35に対応するD方向の直線走査
位置移動速度を20mm/seeとすれば、回転軸30
を12000rpmで回転させれば、幅8 mmの間を
50回の円弧走査をする割合で直線走査することとなり
、円弧走査による照度ムラを2%以下とすることができ
る。
以上のように、本実施例によれば回転するスポット照明
光学系と、スポット照明光学系と同軸上に設けられ、入
射側(マスク側)光軸53がスポット照明と同一で出射
側(基板側〉光軸54が入射側光軸53と平行でかつ同
軸半径が入射側光軸53のN分の1であるように設けら
れたN:1縮小倒立投影光学系と、マスク35と基板4
6を同一方向逆向きに直線走査位置移動させる2つの移
動手段によってマスクパターンを基板46上に走査露光
するため、以下のようなすぐれた効果を奏する。
Φ N=1縮小回転倒立光学系を用いるため、小型かつ
小数枚のレンズで構成でき、投影光学系が短くてよい。
■ 視野が小さくても良いのでNAの大きな高解像力の
レンズを使用でき、超LSI等の超微細パターンを容易
に露光することができる。
■ 縮小投影のため、超LSI等の超微細パターンを露
光する場合、マスクは拡大パターンでよいので製作が容
易でかつ安価である。
次に本発明の第3の実施例における投影露光装置につい
て第4図及び第5図を用いて説明する。
第4図において、60は光源である水銀灯、61は熱線
透過型楕円面反射鏡、62は光フアイバー束であり、6
3は前記光フアイバー束62を固定する固定金具である
。71は補助集光レンズ、72は明るさ絞り、73は集
光レンズ、74は第1回転置体である。79は明るさ絞
り、80゜84は拡大投影レンズ、82.83は反射ミ
ラー81は第2回転置体である。75はマスク、76は
前記マスクを保持するステージであり、モータ77及び
ボールネジ78によりJの方向に駆動される。86は基
板、87は前記基板86を保持するステージであリモー
タ88及びボールネジ89によりKの方向に駆動される
。70は前記第1回転筐体74、第2回転置体81及び
固定金具63を一体的に保持する回転軸であり、駆動モ
ータ64.小プーリ65、大プーリ66、及びベルト6
7により回転駆動される。68.69は回転軸70の回
転軸受である。
なお、前記拡大投影レンズ80.84は、前記マスク7
5のパターンを前記基板86にN:1の倍率(N≦1)
で拡大倒立像を投影するように構成されており、かつ拡
大投影レンズ80の光軸93と拡大投影レンズ84の光
軸94は前記回転軸70に対しN:1(N≦1)の位置
に配置されている。以上のように構成された回転走査型
投影露光装置についてその動作を説明する。
光源の水銀灯60から出た光は楕円面反射鏡61で反射
し集光されて光フアイバー束62の入射端に入射する。
光フアイバー束62を通った光は補助集光レンズ71、
集光レンズ73を経てマスク75の下面上に照明スポッ
トを形成する。第5図はマスクパターン面上の照明スポ
ットと基板86上の照明スポットの様子を描いた図であ
る。
本実施例の場合マスクパターン面上の照明スポット径は
4mである。直径4 +nmの範囲のマスクパターン情
報を含んだ光がレンズ80、ミラー82゜83、レンズ
84で構成されるN:1拡大倒立光学系を通り、基板8
6の上面に前記マスク75の部分パターンの像を結ぶ。
本実施例ではN=0.5であり、基板上面での径4 m
mの照明スポットは2倍に拡大されて直径8rrnとな
る。
光フアイバー束62、第1回転筐体74、第2回転置体
81はモータ64により一体的に回転されるから、照明
スポットの軌跡は円となる。また円弧スリット状固定絞
り95により照明範囲を制限することにより、1回転の
走査で、第5図に示すマスクパターン上の範囲96が基
板86面では97のごとく露光される。また、マスク7
5は、モータ77により第5図のJの方向へ直線走査位
置移動され基板86はKの方向へ互いに逆向きに直線走
査位置移動される。このとき、前記2つの1liI線走
査位置移動の速度はレーザー測長器(図示せず)等を用
いて厳密にマスク走査位置移動速度基板走査位置移動速
度=N:1(本実施例では0.5:1)になるように制
御される。従って前記回転走査とマスク75及び基板8
6の2つの直線走査位置移動により、第5図に示すよう
に、マスク75のパターンが全て基板86に2倍に拡大
されて露光されることとなる。また、基板上に露光され
るパターンが倒立像となるのは、第1の実施例と同様で
ある。
実際の露光例ではマスクパターン面上でのスポット照明
系が4+nmで、マスク75に対応するJ方向の直線走
査位置移動速度を10nwa/seeとすれば、回転軸
70を1200Or pmで回転させれば、幅4Mの間
を50回の円弧走査をする割合で直線走査することとな
り1円弧走査による照度ムラを2%以下とすることがで
きる。
以上のように、本実施例によれば回転するスポット照明
光学系と、スポット照明光学系と同軸上に設けられ、入
射側(マスク側)光軸93がスポット照明と同一で出射
側(基板側)光軸94が入射側光軸93と平行でかつ同
軸半径が入射側光軸93のN分の1であるように設けら
れたN:1拡大倒立投影光学系と、マスク75と基板8
6を同一方向逆向きに直線走査位置移動させる2つの移
動手段によってマスクパターンを基板86上に走査露光
するため、以下のようなすぐれた効果を奏する。
■ N:1拡大回転倒立光学系を用いるため、小型かつ
小数枚のレンズで構成でき、投影光学系が短くてよい。
■ 視野が小さくても良いのでNAの大きな高解像力の
レンズを使用できる。
■ 拡大投影のため、液晶パネル等の大型基板を露光す
る場合、マスクが小型で製作し易くマスクの高精度な平
面保持も容易に行える。
次に本発明の第3の実施・例における回転走査投影露光
装置について第6図及び第7図を用いて説明する。
第6図において、100は光源である水銀灯、101は
熱線透過型楕円面反射鏡、102は光フアイバー束であ
り、103は前記光フアイバー束102を固定する固定
金具である。111は補助集光レンズ、112は明るさ
絞り、113は集光レンズ、114は第1回転業体であ
る。
11つは明るさ絞り、120,124.138及び13
9は正立投影レンズ、125′は視野絞り、122.1
23は反射ミラー 121は第2回転置体である。11
5はマスク、116は前記マスク115を保持するステ
ージであり、モータ117及びボールネジ118により
Mの方向に駆動される。126は基板、127は前記基
板126を保持するステージでありモータ128及びボ
ールネジ129によってNの方向に駆動される。130
は前記ステージ127′と直交するステージであり、モ
ータ131及びボールネジ132によって第7図のOの
方向に駆動される。110は第1回温度体114、第2
回転置体121及び固定金具103を一体的に保持する
回転軸であり、駆動モータ104、小プーリ105、大
プーリ106、及びベルト107により回転駆動される
108.109は回転軸110の回転軸受である。
なおレンズ120,124.138及び139は、前記
マスク115のパターンを前記基板126にN:1の倍
率(N22〉で縮小正立像を投影するように構成されて
おり、かつレンズ120の光軸133とレンズ124の
光軸134は前記回転軸110に対しN:1(N22)
の位置に配置されている。以上のように構成された回転
走査投影露光装置についてその動作を説明する。
光源の水銀灯100から出た光は楕円面反射鏡101で
反射し集光されて光フアイバー束102の入射端に入射
する。光フアイバー束を通った光は補助集光レンズ11
1、集光レンズ113を経てマスク115の下面上に照
明スポットを形成する。第7図はマスクパターン面上の
照明スポットと基板126上の照明スポットの様子を描
いた図である。本実施例の場合マスクパターン面上の照
明スポット径は8Mである。直径8IIII11の範囲
のマスクパターン情報を含んだ光がレンズ120゜13
8、ミラー122,123、レンズ139゜124で構
成されるN:1縮小正立光学系を通り、基板126の上
面に前記マスク35の部分パターンの像を結ぶ。本実施
例ではN=4であり、基板126上面での照明スポット
は4分の1に縮小されて直径2閤となる。光フアイバー
束102、第1回温度体114、第2回転置体121は
モータ104により一体的に回転されるから、照明スポ
ットの軌跡は円となる。また円弧スリット状固定絞り1
35により照明範囲を制限することにより、1回転の走
査で、第7図に示すマスクパターン上の範囲1.36が
基板126面では137のごとく露光される。また、マ
スク115は、モータ117により第7図のMの方向へ
直線走査位置移動され基板46はNの方向へ互いに同じ
向きに直線走査位置移動される。このとき、前記2つの
直線走査位置移動の速度はレーザー測長器(図示せず〉
等を用いて厳密にマスク走査位置移動速度:基板走査位
置移動速度=N:1(本実施例では4:1〉になるよう
に制御される。従って前記回転走査とマスク115及び
基板126の2つの直線走査位置移動により、第7図に
示すように、マスク115のパターンが全て基板126
に4分の1に縮小されて露光されることとなる。
なお、本実施例では基板126の走査位置移動手段とし
て、N方向のステージ127と直交するO方向のステー
ジ130を設けているため、第1の実施例と同様1枚の
基板126に複数のマスクパターンを次々に露光するこ
とができる。但し、露光中のマスク115の直線走査位
置移動の方向Mと基板126の直線走査位置移動の方向
Nは常に同一方向である。
実際の露光例ではマスクパターン面上でのスポット照明
系が8順で、マスク115に対応するM方向の直線走査
位置移動速度を20mm/seeとすれば、回転軸11
0を12000 r pmで回転させれば、幅8III
I11の間を50回の円弧走査をする割合で直線走査す
ることとなり、円弧走査による照度ムラを2%以下とす
ることができる。
以上のように、本実施例によれば回転するスポット照明
光学系と、スポット照明光学系と同軸上に設けられ、入
射側(マスク側〉光軸133がスポット照明と同一で出
射側(基板側)光軸134が入射側光軸133と平行で
かつ同軸半径が入射側光軸133のN分の1であるよう
に設けられたN:1縮小正立投影光学系と、マスク11
5と基板126を同一方向で同じ向きに直線走査位置移
動させる2つの移動手段によってマスクパターンを基板
126上に走査露光するため、以下のようなすぐれた効
果を奏する。
■ 視野が小さくても良いのでNAの大きな高解像力の
レンズを使用できる。
■ 拡大投影のため、超LSI等の超微細パターンを露
光する場合、マスクは拡大パターンでよいので製作が容
易でかつ安価である。
次に2つの変形応用実施例について以下で説明する。第
10図、第11図は、本発明の変形応用実施例の投影光
学系〈第二回転筐体〉のみ描いたものであり、図に示さ
れていない部分の構成は本発明の第1.第2.第3の実
施例と同様である。
第1O図は投影光学系中にプリズムを用いて光軸を傾斜
させた変形応用実施例であるが、この場合でも上記実施
例と全く同様の効果が得られる。
第11図は、ミラーとレンズを用いてマスクからの投影
光をミラーで反射させた後レンズを通過させる構成にし
ているが、この場合でも上記実施例と全く同様の効果が
得られる。
なお、上記実施例では、レンズを用いた屈折光学系で投
影光学系を構成しているが、レンズの枚数構成、配置を
変えても、またミラーを用いた反射光学系あるいはカタ
オブトリック光学系等他の光学部品を用いた投影光学系
であっても同様の効果が得られる。要は光源の光が基板
に集光し、マスクのパターンが拡大あるいは縮小して結
像すれば良い。
また上記実施例において、光学系の光軸は回転軸と平行
または垂直となっているが、回転軸に対し光軸が傾斜し
た光学系を用いても同様の効果が得られる。要は、照射
される光が回転軸に対する距離の比がマスクパターン面
と基板上面でN:1になれば良い。
また上記実施例では第1回転置体と第2回転置体とを機
械的に結合し、1つの駆動装置により一体的に回転して
いるが、例えば2つの駆動装置を用いて別々に駆動させ
、電気的に同期させても同様の効果が得られる。
また、上記実施例において光源は、水銀灯を用いている
が、これは他の光源例えばレーザー・電子線・X1等波
長の異なるものでも全く同様の効果が得られる。
また上記実施例において、光フアイバーレンズ等の光学
系を回転走査させ、マスク、基板を直線走査位置移動し
ているが、例えば光学系は固定でマスク、基板を移動し
てもよい。要するにマスクの全パターンがN:1(拡大
あるいは縮小)の比で基板に投影されれば良い。
また、第1、第3の実施例において光学系の縮小率及び
マスクと基板の直線走査位置移動速度の比は4:1、第
2の実施例においては、1:2としているがこの比率は
他の数字でも同様の効果が得られる。例えば第3の実施
例においてN<1とすれば拡大投影となるが、これは第
2の実施例において倒立光学系を正立光学系に置き変え
たものとなり、本発明に包含される。
また上記実施例において、N:l投影光学系及びマスク
、基板は1組としているが、これは複数組でも良く、さ
らに効率の高い露光が得られる。
発明の効果 以上のように本発明の投影露光装置は、小型かつ小数の
光学部品で構成でき、投影光学系の全長が短くてすみ、
視野が小さくてもよいのでNAの大きな高解像力のレン
ズを使用して超微細パターンの露光が行えるというすぐ
れた効果が得られる。
また、投影光学系内の光学部品の構成及び配置を変える
ことにより、拡大、等倍、縮小投影が行えるので、例え
ば小型マスクで大型基板を−括露光したり、縮小投影で
基板をステップアンドスキャンすることにより、LSI
等の超微細パターンを容易かつ高速に作成できるという
優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の第1の実施例における投影露光装置の
縦断面図、第2図は第1図のに、−G’断面図、第3図
(a)、 (b)はマスク及び基板上の照明範囲と走査
を示す模式図、第4図は本発明の第2の実施例における
投影露光装置の縦断面図、第5図は第4図のQ−Q’断
面図、第6図は本発明の第3の実施例における投影露光
装置の縦断面図、第7図は第6図のR−R’矢視図、第
8図は従来の回転走査型投影露光装置の一例を示す縦断
面図、第9図は第8図のA−A’断面矢視図である。第
10、第11図は応用変形実施例を示す説明図である。 20.60.100・・・・・・水銀灯、22,62゜
102・・・・・・光フアイバー束、24,37.48
,5164.77.88,104,117,128・・
・・・・モータ、34.74.114・・・・・・第1
回転置体、41.81.121・・・・・・第2回転置
体、35゜75.115・・・・・・マスク、46.8
6,126・・・・・・基板。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光源と、その光をマスクに照射する手段と、前記
    マスクの部分パターンの比較的小さな面積をN:1の比
    率で基板上に投影する1つまたは複数の倒立または正立
    投影光学系と、前記投影光学系を前記マスク及び前記基
    板に対してN:1の速度比で走査運動させる走査手段と
    、前記マスクに対する走査位置と前記基板に対する走査
    位置とをN:1の速度比で移動させるマスク走査位置移
    動手段及び基板走査位置移動手段とを備えたことを特徴
    とする投影露光装置。
  2. (2)走査手段が回転運動系よりなり、前記回転走査の
    回転軸と投影光学系の光軸との距離の比が、マスク上と
    基板上とでN:1であるように配置された請求項1記載
    の投影露光装置。
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