KR101420058B1 - 마스크 및 이온빔 조사 장치 - Google Patents

Abstract

이온빔의 단부에서의 조사량의 균일성이나, 그 균일성이 유지되고 있는 영역의 크기를 간단한 구성이면서도 용이하게 조절할 수 있는 마스크 및 이 마스크를 이용한 이온빔 조사 장치를 제공한다.
마스크를 이온빔의 빔 진행 방향으로 본 경우에 있어서, 상기 마스크가, 빔 단면의 한쪽의 단변으로부터 장변 방향으로 연장되고, 이온빔의 상기 단부의 일부를 차폐하는 제1 차폐부(51)와, 빔 단면의 한쪽의 단변으로부터 장변 방향으로 연장되고 상기 제1 차폐부(51)에 대하여 빔 단면에서의 단변 방향으로 나란히 설치되고, 이온빔(IB)의 상기 단부에서 상기 제1 차폐부가 차폐하는 부분과는 다른 부분을 차폐하는 제2 차폐부(52)를 구비하고, 상기 제1 차폐부(51)에 의한 이온빔의 차폐량과 상기 제2 차폐부(52)에 의한 이온빔(IB)의 차폐량을 각각 상이하게 했다.

Description

마스크 및 이온빔 조사 장치{MASK AND ION BEAM IRRADIATION APPARATUS}

본 발명은, 빔 단면의 형상이 장방형인 이온빔을 이용하여, 그 빔 단면의 장변보다 치수가 큰 기판에 대하여 이온빔을 조사하는 경우에 이용되는 마스크 및 그 마스크를 이용한 이온빔 조사 장치에 관한 것이다.

예컨대 플랫 패널 디스플레이 등에 이용되는 기판은, 생산성을 향상시키기 위해 대형화가 진행되고 있다. 한편, 이온 주입 등에 이용되는 이온빔의 사이즈를 기판의 대형화에 맞춰 크게 하는 것은 어렵기 때문에, 최근 리본형 이온빔의 장변 방향의 사이즈보다 기판의 각 변의 사이즈가 커지고 있다. 이 때문에, 대형 기판의 전면(全面)에 대하여 리본형의 이온빔을 조사하는 경우, 특허문헌 1에 나타낸 바와 같은 2개의 이온빔을 이용하여 기판의 전면에 이온빔을 조사하는 방법이나, 특허문헌 2에 나타낸 바와 같은 1개의 이온빔에 대하여 복수회 기판을 왕복시킴으로써 전면에 이온빔을 조사하는 방법이 이용되고 있다.

종래의 이온빔 조사 방법에 관해 도 13 또는 도 14를 참조하면서 보다 구체적으로 설명한다. 도 13, 도 14에서는, 이온빔(IB)의 기판(W)에 대한 입사 방향을 Z축, 이온빔(IB)의 빔 단면에서의 단변 방향을 X축, 빔 단면에서의 장변 방향을 Y축으로 설정하고, X축 및 Y축에 의해 수평면이 형성되도록 좌표축을 설정하였다.

특허문헌 1에 기재된 이온빔 조사 장치(100A)는, 도 13의 (a)에 나타낸 바와 같이 이온 주입실[1A(a), 1A(b)] 내에 2개의 리본형의 이온빔[IB(a), IB(b)]을 도입하고, 각각 조사 위치를 상하로 이동시켜, 한쪽 이온빔[IB(a)]의 상단 위치와, 다른쪽 이온빔[IB(b)]의 하단 위치가 대략 동일한 높이가 되도록 구성되어 있다. 그리고, 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이 기립시킨 기판(W)을 각각의 이온빔[IB(a), IB(b)]을 가로지르도록 통과시킴으로써, 한쪽 이온빔[IB(a)]을 기판(W)의 하측 절반에 조사하고, 다른쪽 이온빔[IB(b)]을 기판(W)의 상측 절반에 조사하도록 하여, 기판(W)을 이온빔[IB(a), IB(b)]에 대하여 한번 가로지르게 하는 것만으로 기판(W)의 전면에 이온빔[IB(a), IB(b)]이 조사되도록 되어 있다.

그런데, 리본형의 이온빔[IB(a), IB(b)]은, 중앙부에서는 대략 일정한 조사량이 되지만, 이온끼리 전하에 의한 척력이 생기거나 하기 때문에 단부에서는 중앙부와 비교하면 조사량이 완만하게 변화하여 작아지고 있다. 따라서, 단순히 2개의 이온빔[IB(a), IB(b)]의 상단과 하단을 동일한 위치로 하면 기판(W)의 중앙부에서의 이온빔(IB)의 조사량이 기판(W)의 그 밖의 부분과 비교하면 원하는 조사량으로부터 크게 어긋나게 된다. 따라서, 특허문헌 1의 이온빔 조사 장치(100A)에서는, 이온빔(IB)의 단부를 정형하는 마스크[5A(a), 5A(b)]를 각각의 이온빔[IB(a), IB(b)]의 통과 경로 상에 설치하였다. 이 마스크[5A(a), 5A(b)]는, 도 13의 (c)에 나타낸 바와 같이, 빔 단면에서 단변 방향으로 선단 부분이 비스듬히 경사진 형상을 갖는 것이며, 빔 단면에서 장변 방향으로 그 위치를 적절하게 설정함으로써, 기판(W)의 중앙부에서 다른 부분과 동일한 정도의 조사량을 얻을 수 있도록 되어 있다.

그러나, 이 특허문헌 1에서는, 각 이온빔에 대하여 설치된 각 마스크의 위치를 조절함으로써, 기판에 대한 조사량의 균일성을 대충 조절하는 것은 가능하지만, 최종적으로는 마스크의 선단에서의 경사 부분의 경사 각도에 큰 영향을 받기 때문에, 현재보다 조사량의 균일성을 더욱 향상시키는 것은 어렵다.

왜냐하면, 특허문헌 1의 마스크 형상에서는, 변경할 수 있는 설계 파라미터는 실질적으로 선단 부분의 경사 각도뿐이기 때문에, 이온빔의 조사량 분포에 따라서 적절하게 마스크의 형상을 맞춰 가기에는 조정 파라미터가 적고, 예컨대, 어떤 일부 영역의 조사량의 균일성이 문제로 되는 경우에, 다른 부분에 악영향을 미치지 않고서 그 부분만 적절하게 보정을 가하는 것은 매우 어렵기 때문이다.

또, 이온빔의 단부를 정형하는 마스크에 관련된 기술 과제는, 특허문헌 2의 이온빔 조사 방법에서도 마찬가지로 생긴다.

특허문헌 2에 기재된 이온빔 조사 장치(100B)는, 유리 기판(W) 상에 실제로 제품으로서 사용되는 복수의 셀 영역(W1)과, 각 셀 영역(W1)의 사이에 형성되는 분할대(帶)(W2)가 형성되는 다면취의 이온 주입에 이용되는 것이다. 즉, 도 14에 나타낸 바와 같이 유리 기판(W) 상의 분할대(W2)는 격자형으로 형성되게 되고, 각 셀 영역(W1)은 격자 사이에 배치되게 된다.

이 이온빔 조사 장치(100B)에서는, 도 14의 (a), (b)에 나타낸 바와 같이 이온빔(IB)의 양단부에 직사각형의 마스크(5B)를 배치함으로써, 도 14의 (c)에 나타낸 바와 같이 이온빔(IB)에서의 중앙부(AR)의 균일성이 좋은 빔만을 유리 기판(W)에 조사하도록 되어 있다. 또한, 이 이온빔 조사 장치(100B)는, 도 14의 (d)에 나타낸 바와 같이 유리 기판(W)을 이온빔(IB)에 대하여 상하 방향의 위치를 바꾸면서 왕복 운동시킬 때, 이온빔(IB)의 단부가 분할대(W2)를 통과하도록 구성되어 있다.

최근, 1장의 유리 기판으로부터 가능한 한 큰 복수의 셀 영역을 형성할 수 있도록, 분할대의 크기를 작게 하는 것이 요구되고 있지만, 특허문헌 2의 직사각형 마스크에서도, 이온빔의 단부에서의 조사량이나 조사량이 불균일한 영역의 크기를 엄밀하게 컨트롤하는 것은 어렵고, 그와 같은 요구에 무리하게 부응하고자 하면, 셀 영역에서의 조사량의 균일성을 유지할 수 없게 되어 버린다.

즉, 어느 이온빔 조사 방법에서도 이온빔의 단부에서의 조사량의 조정에 적합한 형상의 마스크가 현재 시점에서 존재하지 않기 때문에, 대형 기판에 대한 이온빔의 조사량의 균일성 향상이나, 다면취에서의 분할대의 소형화와 같은 요구를 만족시킬 수 없다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2011-192583호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2009-134923호 공보

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 이온빔의 단부에서의 조사량의 균일성이나, 그 균일성이 유지되고 있는 영역의 크기를 간단한 구성이면서도 용이하게 조절할 수 있는 마스크 및 이 마스크를 이용한 이온빔 조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 마스크는, 빔 진행 방향에 직교하는 단면에서의 빔 단면 형상이 대략 장방형인 이온빔에 대하여, 빔 단면에서의 장변 방향의 단부를 차폐하도록 설치되는 마스크로서, 상기 마스크를 이온빔의 빔 진행 방향에서 본 경우에 있어서, 상기 마스크가, 빔 단면의 한쪽의 단변으로부터 장변 방향으로 연장되어 있고, 이온빔의 상기 단부의 일부를 차폐하는 제1 차폐부와, 빔 단면의 한쪽의 단변으로부터 장변 방향으로 연장되어 있고 상기 제1 차폐부에 대하여 빔 단면에서의 단변 방향으로 나란히 설치되어 있고, 이온빔의 상기 단부에서 상기 제1 차폐부가 차폐하는 부분과는 다른 부분을 차폐하는 제2 차폐부를 구비하고, 상기 제1 차폐부에 의한 이온빔의 차폐량과 상기 제2 차폐부에 의한 이온빔의 차폐량을 각각 상이하게 한 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 따르면, 상기 마스크가 빔 단면에서의 단변 방향으로 나란히 설치된 제1 차폐부 및 제2 차폐부를 구비한 것이기 때문에, 이온빔의 빔 단면에서의 단변 방향을 통과하는 기판에 대하여 제1 차폐부에 의해 정해지는 조사량의 제1 프로파일과, 제2 차폐부에 의해 정해지는 조사량의 제2 프로파일을 조합함으로써, 조사량의 과부족을 상쇄함으로써 종래보다 균일성을 부여하여 조사할 수 있게 된다.

즉, 제1 차폐부의 형상이나 치수에 의해 결정되는 차폐량과, 제2 차폐부의 형상이나 치수에 의해 결정되는 차폐량을 각각 독립적으로 설정할 수 있어, 제1 프로파일과 제2 프로파일을 여러가지 양태로 하고, 이들을 자유롭게 조합할 수 있기 때문에, 이온빔 단부에서의 원하는 조사량 분포를 얻기 쉽다.

보다 구체적으로는, 이온빔의 단부에서 달성하고자 하는 조사량의 균일성이나 균일하게 되어 있는 범위의 크기가 부여된 경우, 단일한 형상으로 형성되는 마스크에서는 조정 파라미터가 1개밖에 없어서 실현하기 어려웠던 조사량 분포에서도, 제1 차폐부 및 제2 차폐부의 형상이나 빔 단면에서의 장변 방향의 치수, 단변 방향에서의 비율 등의 복수의 조정 파라미터를 변경하여 차폐량을 상이하게 함으로써 실현할 수 있다.

이러한 점에서, 예컨대 2개의 이온빔을 이용하여 단부가 겹치는 영역에서의 조사량의 조정 정밀도를 보다 향상시키거나, 이온빔에 관해 균일성이 유지되지 않는 영역을 가능한 한 작게 하여 다면취에서의 분할대를 보다 작게 형성하거나 하는 것이 가능해진다.

이온빔의 단부에서의 목표 조사량을 제1 차폐부에 의해 형성되는 제1 조사량과 제2 차폐부에 의해 형성되는 제2 조사량의 조합에 의해 용이하게 실현하기 위해서는, 상기 제1 차폐부의 빔 단면에서의 단변 방향의 폭 치수인 제1 폭 치수와, 상기 제2 차폐부의 빔 단면에서의 단변 방향의 폭 치수인 제2 폭 치수의 비율이, 상기 이온빔의 단부에서의 이온빔의 목표 조사량에 기초하여 정해져 있는 것이면 된다.

마스크의 형상을 간단한 것으로 하고, 제1 차폐부에 의해 형성되는 제1 조사량과 제2 차폐부에 의해 형성되는 제2 조사량을 조합한 경우의 전체 조사량에 관해 용이하게 산출할 수 있고, 이온빔의 단부에서의 목표 조사량을 얻기 쉽게 하기 위해서는, 상기 제1 차폐부 및 상기 제2 차폐부가, 이온빔의 빔 진행 방향에서 본 경우에 있어서 대략 직사각형을 이루는 것이면 된다.

특수한 형상의 마스크를 제조하지 않고, 예컨대 범용적인 사각 등의 간단한 형상의 마스크를 조합하는 것만으로, 제1 차폐부 및 제2 차폐부에서의 차폐량을 각각 상이하게 할 수 있고, 그 결과 조합에 의한 목표 조사량을 얻기 쉽게 하기 위해서는, 상기 제1 차폐부 및 상기 제2 차폐부가 각각 별개의 부재로 설치되어 있으면 된다.

예컨대 이온빔의 조사 위치가 어떠한 원인으로 빔 단면에서의 장변 방향으로 이동하거나, 이온원으로부터 사출된 시점의 단부에서의 조사량의 분포에 변화가 있거나 한 경우라도 적절하게 제1 차폐부 및 제2 차폐부의 차폐량을 조절하여, 목표 조사량을 얻을 수 있도록 하기 위해서는, 상기 제1 차폐부의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수인 제1 길이 치수와, 상기 제2 차폐부의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수인 제2 길이 치수가, 각각 독립적으로 변경 가능하게 구성되어 있으면 된다.

이온빔의 조사 위치가 빔 단면에서의 단변 방향으로 이동했다 하더라도, 마스크에 의한 차폐량이 변화하지 않고, 설계대로의 목표 조사량을 얻을 수 있도록 하기 위해서는, 상기 마스크를 이온빔의 빔 진행 방향에서 본 경우에 있어서, 상기 마스크가, 빔 단면의 한쪽의 단변으로부터 장변 방향으로 연장되어 있고 상기 제2 차폐부를 상기 제1 차폐부와의 사이에 끼우도록 빔 단면에서의 단변 방향으로 나란히 설치된 제3 차폐부를 더 구비하고, 상기 제1 차폐부의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수인 제1 길이 치수와, 상기 제3 차폐부의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수인 제3 길이 치수가 각각 동일한 값으로 설정되어 있으면 된다. 이러한 구성에 따르면, 이온빔의 조사 위치가 빔 단면에서의 단변 방향으로 이동했다 하더라도, 제1 차폐부 및 제3 차폐부에 의해 차폐되는 이온빔의 양의 합은 항상 동일하여, 제1 차폐부 및 제3 차폐부의 사이에 있는 제2 차폐부에 의한 차폐량은 애당초 빔 단면에서의 단변 방향의 이동에 대하여 차폐량이 변화하지 않는다. 이러한 점에서, 각 부에서 동일한 차폐량을 유지할 수 있기 때문에, 이온빔의 빔 단면에서의 단변 방향의 이동에 대하여 영향을 받지 않게 할 수 있게 된다.

전술한 바와 같은 마스크를 이용한 이온빔 조사 장치에 따르면, 이온빔의 단부에서의 조사량을 용이하게 조절할 수 있기 때문에, 이온빔이 겹치는 부분을 갖는 등의 조사 양태라 하더라도, 그 겹치는 부분의 조사량의 균일성을 더욱 높이거나, 불균일한 부분이 있다 하더라도 그 영역을 가능한 한 작게 하거나 할 수 있다. 따라서, 특히 대형 기판에 대하여 이온빔을 조사하는 등의 용도에 있어서 이온빔의 조사량의 균일성을 향상시켜 제품의 품질을 더욱 향상시키거나, 다면취라면 분할대의 크기를 더욱 작게 하여 셀 영역을 크게 할 수 있어, 보다 생산성을 향상시키거나 할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 마스크 및 이 마스크를 이용한 이온빔 조사 장치에 따르면, 제1 차폐부와 제2 차폐부를 갖고, 이들의 빔 단면에서의 장변 방향의 치수나 단변 방향의 치수와 같은 복수의 조정 파라미터를 각각 독립적으로 조절할 수 있기 때문에, 이온빔의 단부에서의 조사량의 조절을 용이하게 행할 수 있다. 따라서, 종래의 경사 마스크나 직사각형 마스크와 같이 단일한 조정 파라미터밖에 없기 때문에 달성하는 것이 어려웠던 조사량의 균일성이라 하더라도 실현하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 이온빔 조사 장치의 전체를 나타내는 모식도.
도 2는 동실시형태에서의 마스크의 배치 및 형상을 나타내는 모식도.
도 3은 동실시형태에서의 마스크를 설계하기 위한 전단계인 직사각형 마스크가 이온빔 중심으로부터 DLT1만큼 떨어진 위치에 배치되어 있는 경우의 모식도.
도 4는 이온빔 중심으로부터 DLT1만큼 떨어진 위치에 직사각형 마스크가 설치된 경우의 빔 프로파일을 나타내는 그래프.
도 5는 동실시형태에서의 마스크를 설계하기 위한 전단계인 직사각형 마스크가 이온빔 중심으로부터 DLT2만큼 떨어진 위치에 배치되어 있는 경우의 모식도.
도 6은 이온빔 중심으로부터 DLT2만큼 떨어진 위치에 직사각형 마스크가 설치된 경우의 빔 프로파일을 나타내는 그래프.
도 7은 직사각형 마스크의 배치와, 이온빔이 겹치는 부분에 형성되는 빔 프로파일의 관계를 나타내는 모식도.
도 8은 동실시형태에서의 마스크의 설계되는 값인 길이 치수 및 폭 치수에 관해 나타내는 모식도.
도 9는 도 8과 같이 설계된 마스크의 빔 프로파일에 관해 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 복수의 마스크 부재로 구성된 마스크를 나타내는 모식도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 마스크의 형상을 나타내는 모식도.
도 12는 본 발명의 상이한 실시형태에 따른 마스크의 형상을 나타내는 모식도.
도 13은 종래의 마스크 및 이온빔 조사 장치를 나타내는 모식도.
도 14는 종래의 다른 마스크 및 이온빔 조사 장치를 나타내는 모식도.

본 발명의 마스크(5) 및 이 마스크(5)를 이용한 이온빔 조사 장치(100)의 일실시형태에 관해 도 1 내지 도 9를 참조하면서 설명한다. 참조하는 각 도면에서는, 도 13 및 도 14에 설정한 것과 동일한 좌표축이 설정되어 있고, 이온빔(IB)의 기판(W)에 대한 입사 방향을 Z축, 이온빔(IB)의 빔 단면에서의 단변 방향을 X축, 빔 단면에서의 장변 방향을 Y축으로 설정하고, X축 및 Y축에 의해 수평면이 형성되도록 좌표축을 설정하였다.

본 실시형태의 이온빔 조사 장치(100)는, 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이 대형의 기판(W)을 기립시킨 상태로 도시에 있어서 좌측으로부터 우측으로 X축 방향으로 반송하고, 2개의 이온빔(IB)에 의해 각각 기판(W)의 하반부와 상반부에 이온빔(IB)을 조사함으로써 기판(W)의 전면에 조사되도록 구성되어 있다.

즉, 이 이온빔 조사 장치(100)는, 도시에 있어서 좌측으로부터 순서대로 대기압하에 있는 기판(W)이 반입되어, 감압되는 로드록실(3)과, 제1 대합실(2)과, 기판(W)의 하반부에 이온빔(IB)이 조사되는 제1 처리실[1(a)]과, 제2 대합실(2)과, 기판(W)의 상반부에 이온빔(IB)이 조사되는 제2 처리실[1(b)]과, 제3 대합실(2)과, 진공압으로부터 대기압으로 개방된 후에 기판(W)이 반출되는 언로드록실(4)로 구성되어 있다. 각 실은 진공 밸브에 의해 접속되어 있고, 각 대합실(2)은 다음 실내에서의 처리가 끝날 때까지 기판(W)을 대기시켜 놓기 위한 것이다. 또, 로드록실(3) 및 언로드록실(4) 이외의 각 실은, 고진공으로 유지되고 있다.

상기 제1 처리실[1(a)] 및 제2 처리실[1(b)]은, 각각 별개의 이온빔 공급 장치[11(a), 11(b)]로부터 공급되는 리본형의 이온빔[IB(a), IB(b)]이 실내에 도입되어 있고, 각 이온빔[IB(a), IB(b)]의 조사 위치는 도 1의 (b)의 전면(前面)도에 나타낸 바와 같이 그 상하 방향의 위치를 상이하게 하였다. 보다 구체적으로는, 제1 처리실[1(a)] 내에 도입되는 제1 이온빔[IB(a)]은, 반송되는 기판(W)의 하반부에 대응하는 위치에 장변 방향이 상하 방향과 일치하도록 조사되고 있고, 제2 처리실[1(b)] 내에 도입되는 제2 이온빔[IB(b)]은, 반송되는 기판(W)의 상반부에 대응하는 위치에 장변 방향이 상하 방향과 일치하도록 조사되고 있다.

또, 제1 처리실[1(a)]에는, 제1 이온빔[IB(a)]의 상단을 정형하기 위한 제1 마스크[5(a)]가 설치되어 있고, 제2 처리실[1(b)]에는 제2 이온빔[IB(b)]의 하단을 정형하기 위한 제2 마스크[5(b)]가 설치되어 있다. 본 실시형태에서는 제1 마스크[5(a)] 및 제2 마스크[5(b)]는 동일한 형상의 것으로, 대칭이 되도록 배치되어 있다. 또, 각 처리실[1(a), 1(b)]에는, 각 마스크[5(a), 5(b)]를 통과한 후의 이온빔(IB)의 조사량 분포를 취득하기 위한 측정부가 설치되어 있다.

다음으로 마스크(5)의 구체적인 형상에 관해 설명한다. 제1 마스크[5(a)] 및 제2 마스크[5(b)]는 동일한 형상이기 때문에, 이하에서는 공통된 것으로서 설명한다. 또, 특별히 구별할 필요가 없는 경우에는 숫자의 번호만을 붙이는 것으로 한다.

도 2에 나타낸 바와 같이 상기 마스크(5)는, 리본형의 이온빔(IB)의 단부를 정형하기 위한 것으로, 빔 단면에서의 단변 방향(X축 방향)을 따라서 본 경우에 빔 단면에서의 장변 방향(Y축 방향)의 길이 치수가 도중에 계단형으로 변화하도록 구성되어 있다. 다시 말해서, 이 마스크(5)는 빔 진행 방향에 직교하는 단면에서의 빔 단면 형상이 대략 장방형인 이온빔(IB)에 대해, 빔 단면에서의 장변 방향의 단부를 차폐하도록 설치되는 마스크(5)로서, 각각 장변의 길이가 상이한 2개의 장방형에 관해 단변을 맞춰 가로로 나열한 형상을 이루고 있다. 또, 빔의 진행 방향에서 본 경우에 있어서, 이 마스크(5)의 단차 부분은 이온빔(IB)의 빔 단면에서의 단변 내에 포함되도록 배치되어 있기 때문에, 빔 단면에서의 단변 방향을 따라서 이온빔(IB)의 차폐량의 그래프를 그리면 중앙부에서 불연속적으로 변화하게 된다. 본 실시형태의 마스크(5)는 각각의 장변의 길이가 상이한 2개의 장방형 부분이 계단형을 이루는 형상을 갖는 것이지만, 예컨대 2개의 정방형 부분 또는 1개의 정방형 부분과 1개의 장방형 부분을 조합한 형상을 이루어진 것이어도 상관없다.

즉, 이 마스크(5)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 이온빔(IB)의 빔 진행 방향에서 본 경우에 있어서, 빔 단면의 한쪽의 단변으로부터 장변 방향으로 연장되어 있고, 이온빔(IB)의 상기 단부의 일부를 차폐하는 제1 차폐부(51)와, 빔 단면의 한쪽의 단변으로부터 장변 방향으로 연장되어 있고 상기 제1 차폐부(51)에 대하여 빔 단면에서의 단변 방향으로 나란히 설치되어 있고, 이온빔(IB)의 상기 단부에서 상기 제1 차폐부(51)가 차폐하는 부분과는 다른 부분을 차폐하는 제2 차폐부(52)를 구비하고 있다. 그리고, 상기 제1 차폐부(51)에 의한 이온빔(IB)의 차폐량과 상기 제2 차폐부(52)에 의한 이온빔(IB)의 차폐량을 각각 상이하게 하였다.

보다 구체적으로는, 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)는 대략 직사각형으로 형성되어 있고, 빔 단면에서의 장변 방향의 치수 및 단변 방향의 치수를 적절하게 조절함으로써, 그 차폐량을 조절하고 있다. 또, 이들 치수나 비율에 관해서는, 기판(W)이 이 단부를 통과했을 때 조사되어야 할 목표 조사량에 기초하여 설정되어 있다.

이하의 설명에서는 간편하게 하기 위해 차폐 면적이 작은 쪽을 제1 차폐부(51), 차폐량이 큰 쪽을 제2 차폐부(52)로 부르기로 한다.

다음으로 상기 마스크(5)의 형상, 특히 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)의 치수의 설계 방법에 관해 상세하게 설명함으로써, 이들의 특징에 관해 설명한다.

우선, 종래의 직사각형 마스크[6(a), 6(b)]에 의해 이온빔[IB(a), IB(b)]이 겹치는 부분에 관해 정형하고 있는 경우에 대해서 생각한다. 즉, 빔 단면에서의 단변 방향(X축 방향)을 따라서 이온빔[IB(a), IB(b)]의 차폐량의 변화를 본 경우에 변화가 없는 상태를 예로서 생각한다. 여기서, 도 3에 나타낸 바와 같이 이온빔[IB(a), IB(b)]의 빔 단면 중심으로부터 DLT1만큼 떨어진 위치보다 외측은 직사각형 마스크[6(a), 6(b)]에 의해 차폐되어 있는 것으로 한다. DLT1은, 각 이온빔[IB(a), IB(b)]의 마스크 개시 위치가 대략 동일한 상하 방향의 위치가 되도록 이 예에서는 정해져 있지만, 각 이온빔[IB(a), IB(b)]의 차폐 개시 위치가 상이하도록 구성되어 있어도 상관없다. 또, 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수를 규정하기 위해, 이 실시형태에서는 이온빔(IB)의 중심을 기준 위치로서 취하고 있지만, 예컨대 이온빔(IB)이 조사되는 기판(W)의 중심 위치를 기준 위치로 취해도 상관없다.

다음으로 이러한 상태에서의 2개의 이온빔[IB(a), IB(b)]을 합한 경우의 전류 분포(빔 프로파일)를 계산한다. 계산 결과의 일례를 도 4에 나타낸다. 도 4의 그래프에 나타낸 바와 같이 이 예에서는 2개의 이온빔[IB(a), IB(b)]의 단부에서의 차폐량이 작기 때문에 겹치는 부분도 커져 있다. 따라서, 단부가 겹치는 부분은, 그 이외의 부분보다 전류치가 커서, 기판(W)에 조사되는 이온의 조사량(도우즈량)이 목표치에 대한 허용 상한보다 큰 상태가 된다(overdose). 이하에서는 목표 조사량인 기준치의 허용 상한 또는 하한을 초과한 범위의 폭을 천이 영역폭이라고 부른다. 본 실시형태에서는 기준치의 ±10%를 허용 상한치 및 허용 하한치로 설정하고 있다.

또한, 직사각형 마스크[6(a), 6(b)]의 위치를 변경하여 동일한 계산에 의해 빔 프로파일을 구한다. 보다 구체적으로는, 도 5에 나타낸 바와 같이 직사각형 마스크[6(a), 6(b)]에 의한 차폐량을 보다 크게 하도록 마스크 개시 위치를 이온빔[IB(a), IB(b)]의 중심으로부터 DLT2로 하여 이온빔(IB) 중심측에 근접시킨 경우에 관해 생각한다. 이 경우, 직사각형 마스크[6(a), 6(b)]와 이온빔[IB(a), IB(b)]이 겹치는 부분은 작아지므로, 도 6의 계산 결과에 나타낸 바와 같이 겹치는 부분의 전류량은, 그 밖의 부분에 비교하면 작아져, 허용 하한보다 작아지는 아래로 볼록한 부분이 형성된다. 즉, 기판(W)에 조사되는 조사량(도우즈량)도 작아지고 있다.

도 4 및 도 6에서의 직사각형 마스크(6)의 마스크 위치의 차이에 의한 빔 프로파일의 차이에 관해서는 도 7에 나타낸 바와 같은 모식도에 의해 설명할 수 있다.

즉, 리본형의 이온빔(IB)의 장변 방향을 따르는 빔 프로파일은 이상적으로는 가우스 분포가 되지만, 마스크 위치가 DLT1에 설정되어 있고, 직사각형 마스크(6)에 의한 차폐량이 작은 경우에는, 도 7에 나타낸 바와 같이 단부에서의 조사량은 거의 감소하지 않기 때문에, 겹치는 부분이 강하게 지나치게 나오기 때문에 합한 빔 프로파일에서는 중앙부에 허용 상한을 초과하는 볼록부가 형성되게 된다. 한편, 마스크 위치를 DLT2로 하여 차폐량을 크게 하면, 중앙 부분에서의 조사량이 지나치게 적어지기 때문에 합한 빔 프로파일에서는, 중앙부에 허용 하한을 하회하는 볼록부가 형성되게 된다.

이상의 계산으로부터 직사각형 마스크(6) 단일체에서는, 중앙부에 overdose 또는 underdose가 생겨 버리는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 실시형태의 마스크(5)는, 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)에 의해 전술한 overdose 부분과 underdose 부분의 각각이 상쇄됨으로써, 빔의 전역에서 기준치에 대한 허용 범위내에 들어가도록 그 치수를 구성하고 있다.

보다 구체적으로는, 제1 차폐부(51)의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수인 제1 길이 치수를 DLT1로 하고, 제2 차폐부(52)의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수를 DLT2로 한 경우에, 각각의 빔 단면에서의 단변 방향에서의 폭 치수의 비율을 조절함으로써, overdose 부분과 underdose 부분이 상쇄되어, 기준치에 대한 허용 범위내의 빔 프로파일이 되도록 하고 있다.

즉, 본 실시형태와 같이 선단 부분이 계단형을 이루는 마스크(5)로 한 경우, 각각 빔 단면에서의 장변 방향의 마스크 위치가 상이한 직사각형 마스크(6)에 의해 차폐된 2개의 이온빔(IB)이 빔 단면에서의 단변 방향으로 병렬로 나열된 것으로도 생각할 수 있다. 따라서, 제1 차폐부(51)와 제2 차폐부(52)의 각 길이 치수가 정해진 경우, 빔 단면에서의 단변 방향의 비율에 따라서 가중치가 부여된 빔 프로파일을 겹치게 할 수 있다.

본 실시형태에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이 제1 차폐부(51)의 빔 단면에서의 단변 방향의 폭 치수인 제1 폭 치수 DLT1W와, 제2 차폐부(52)의 빔 단면에서의 단변 방향의 폭 치수인 제2 폭 치수 DLT2W에 관해서는 동일한 값으로 하여, 일대일로 하였다. 즉, 이온빔(IB)의 빔 단면에서의 단변 방향의 폭 치수를 IBW로 한 경우, DLT1W=DLT2W=IBW/2로 설정하였다.

도 4 및 도 6에서 각각 계산한 빔 프로파일은 이온빔(IB)의 폭 치수가 IBW일 때에 그 폭 전체를 차폐한 경우의 계산 결과이기 때문에, IBW/2의 폭 치수를 갖는 이온빔(IB)을 조사한 경우는 각 점에서의 조사량이 이상적으로는 절반이 된다. 따라서, 본 실시형태의 마스크(5)를 이용한 경우의 빔 프로파일은 도 4 및 도 6의 계산 결과를 각각 1/2배한 후에 합함으로써 산출할 수 있고, 그 결과, 도 9의 그래프에 나타낸 바와 같은 빔 프로파일이 된다. 도 9에서 분명한 바와 같이 overdose 부분과 underdose 부분이 상쇄됨으로써, 겹치는 부분 전역에서 대략 균일한 프로파일이 되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 기판(W)의 중앙 부분에 대한 조사량을 보다 균일화하는 것이 가능해진 것을 알 수 있다.

이 예에서는 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수가 DLT1, DLT2의 조합인 경우에 있어서, 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)의 빔 단면에서의 단변 방향의 폭 치수의 비율을 일대일로 함으로써 빔 프로파일을 허용 범위 내로 할 수 있었지만, DLT1, DLT2를 어떻게 취하는지에 따라서, 그 밖의 비율로 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)의 빔 단면에서의 단변 방향의 폭 치수를 설정하여, 원하는 목표 조사량의 균일성을 얻을 수 있도록 해도 상관없다. 또한, 이 예에서는 이온빔 공급 장치[11(a), 11(b)]의 각각에 설치되는 마스크[5(a), 5(b)]를 동일한 형상으로 하고, 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수 DLT1, DLT2와, 빔 단면에서의 단변 방향의 폭 치수 DLT1W, DLT2W 모두가 마스크[5(a), 5(b)]의 각각에서 동일해지도록 하고 있지만, 각 길이 치수 DLT1, DLT2 및 폭 치수 DLT1W, DLT2W가 마스크[5(a)], 마스크[5(b)]에서 상이해도 상관없다. 즉, 이온빔 공급 장치[11(a)]와 이온빔 공급 장치[11(b)]의 각각에서, 마스크 위치가 상이하고, 각 차폐부에서 빔 단면에서의 길이 방향 치수 및 폭 치수가 상이해도 상관없다.

이와 같이 본 실시형태의 마스크(5) 및 이온빔 조사 장치(100)에 의하면, 상기 마스크(5)가 각각 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수와 빔 단면에서의 단변 방향의 폭 치수를 자유롭게 설정할 수 있는 제1 차폐부(51)와 제2 차폐부(52)를 빔 단면에서의 단변 방향으로 나란히 설치한 것으로서 형성되어 있기 때문에, 이들의 복수의 치수를 변경함으로써, 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)에 의해 각각 형성되는 빔 프로파일의 형상이나 그 합한 비율을 자유롭게 조절할 수 있다. 따라서, 이들 2개의 자유롭게 조절된 양태가 상이한 빔 프로파일을 합할 수 있기 때문에, 최종적으로 합해진 빔 프로파일을 원하는 허용 범위내로 하는 것을 용이하게 할 수 있다. 다시 말해서, 종래에는 빔 프로파일, 즉, 조사량을 변경할 수 있는 조정 파라미터가 1개밖에 없었기 때문에, 정밀한 조정을 행하는 것이 어려웠던 데 비해, 본 실시형태라면 마스크(5)가 2개의 형상이 상이한 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)를 갖고 있는 것에 의해 복수의 조정 파라미터를 얻을 수 있어, 자유롭게 빔 프로파일을 정형할 수 있다. 따라서, 본 실시형태와 같이 기판(W)의 중앙부에 조사되는 이온빔(IB)의 조사량을 다른 부분과 동일한 정도의 균일성을 갖도록 하는 등의 조절을 간단히 행할 수 있다.

본 실시형태의 변형예에 관해 설명한다.

상기 실시형태에서는 2개의 이온빔(IB)을 상하로 나열하는 경우의 겹치는 부분의 균일성을 향상시킬 목적으로 상기 마스크(5)를 이용했지만, 예컨대 도 14에 나타나 있는 바와 같은 1개의 이온빔(IB)의 기판(W)에 대한 조사 위치를 변경하여, 기판(W) 상에 복수의 셀 영역(W1)을 형성하는 다면취를 행하는 경우에 있어서 분할대(W2)의 폭을 작게 할 수 있도록 하기 위해 상기 실시형태의 마스크(5)를 이용해도 상관없다. 즉, 이온빔(IB)의 양 단부에 상기 실시형태의 마스크(5)를 설치해 두고, 기판(W)에서 이온빔(IB)의 단부가 겹쳐서 조사되는 부분 중 셀 영역으로 해야 할 부분의 조사량을 허용 범위내의 값으로 하고, 천이 영역폭이 분할대의 폭 이내가 되도록 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)의 치수를 결정하면 된다. 또, 전술한 용도 이외에도 이온빔(IB)의 빔 단면에서의 장변 방향의 단부의 조사량을 원하는 값이나 크기로 조정하기 위해 본 발명의 마스크(5)를 이용할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는 2개의 이온빔(IB)의 각각에 선단 부분이 계단형의 마스크(5)를 단부에 배치시켰지만, 요구 정밀도에 따라서는 한쪽의 이온빔(IB)만 선단 부분이 계단형으로 형성된 마스크(5)를 이용하고, 다른 한쪽에는 직사각형 마스크(6)나, 선단 부분이 경사진 마스크(5)를 이용해도 상관없다. 또, 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)의 형상은 직사각형에 한정되는 것이 아니며, 예컨대 제1 차폐부(51)는 선단 부분에 경사를 갖고, 제2 차폐부(52)는 직사각형과 같은 조합으로 이용해도 상관없다. 또한, 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)의 선단 부분이 각각 기울기가 상이한 경사를 갖고 있고, 마스크(5)를 빔 단면에서의 단변 방향을 따라서 본 경우에 그 선단 부분이 도중에 불연속적으로 기울기가 변화하는 것이라도 상관없다. 요컨대, 제1 차폐부(51)와 제2 차폐부(52)의 형상이나 크기가 상이하고, 그 차폐량이 상이함으로써, 상이한 빔 프로파일을 겹치게 함으로써 원하는 빔 프로파일을 얻을 수 있는 마스크(5)이면 된다.

상기 실시형태에서는, 1개의 마스크(5)에서 선단 부분의 형상을 계단형으로 함으로써, 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)가 형성되었지만, 예컨대 복수의 마스크 부재(5a, 5b)를 이용하여 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)를 형성해도 상관없다. 보다 구체적으로는 도 10에 나타낸 바와 같이, 이온빔(IB)의 진행 방향을 따라서 2장의 마스크 부재(5a, 5b)를 배치해 두고, 진행 방향에서 본 경우에 어느 마스크 부재(5a, 5b)가 다른쪽 마스크 부재(5b, 5a)와 겹치는 부분을 갖도록 하면 된다. 이러한 구성에 따르면, 1개의 마스크를 계단형과 같은 복잡한 형상으로 가공하지 않고, 직사각형의 범용적인 마스크를 2개 맞춰서 나열하기만 해도 되므로, 제조하기 쉽다. 또한, 이러한 구성에 의해서도 상기 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이 각 마스크 부재(5a, 5b)를 모터(M) 등의 구동 기구에 의해 각각 독립적으로 빔 단면에서의 장변 방향으로 이동 가능하게 구성해도 좋다. 즉, 제1 차폐부(51) 및 제2 차폐부(52)의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수를 각각 독립적으로 조절할 수 있도록 해도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 상기 실시형태에 비해 조정 자유도를 더욱 높일 수 있고, 예컨대, 이온빔(IB)의 조사 위치가 빔 단면에서의 장변 방향으로 이동한 경우에도 적절하게 조절하여, 항상 균일성이 유지된 이온빔(IB)을 기판(W)에 조사하는 것이 가능해진다.

또한, 이동 방향은 빔 단면에서의 장변 방향에만 한정되지 않고, 빔 단면에서의 단변 방향으로 마스크(5)가 이동할 수 있도록 구성해도 상관없다. 또한, 빔 단면에서의 장변 방향 및 단변 방향의 양쪽으로 마스크(5)가 이동할 수 있도록 구성해도 좋다.

상기 실시형태의 마스크(5)는 차폐부를 2개 구비한 것이었지만, 다수의 차폐부를 더 가져도 상관없다. 즉, 도 11의 (a), (b)에 나타낸 바와 같은 3개 이상의 직사각형의 차폐부가 조합된 마스크(5)이어도 상관없다. 이와 같이 마스크(5)가 다수의 차폐부를 갖는 것이라면, 이온빔(IB)이 겹치는 부분에서의 조사량 분포의 조정 정밀도를 더욱 높일 수 있다.

예컨대, 메인터넌스에서 이온빔 공급 장치[11(a), 11(b)]의 이온원의 전극이 교환되었을 때 부착 위치가 원래의 위치로부터 이동한 경우, 이온빔(IB)의 궤도에 관해서도 변화가 생기는 경우가 있다. 빔 단면에서의 단변 방향으로 이온빔(IB)의 조사 위치가 이동한 경우에, 마스크(5)의 배치를 변경하지 않더라도, 차폐량에 변화가 생기지 않고, 단부에서의 이온빔(IB)의 프로파일을 실질적으로 항상 동일하게 할 수 있게 하기 위해서는, 도 12의 (a), (b)에 나타낸 바와 같이 상기 마스크(5)를 이온빔(IB)의 빔 진행 방향에서 본 경우에 있어서, 상기 마스크(5)가, 빔 단면의 한쪽의 단변으로부터 빔 단면의 장변 방향으로 연장되어 있고 상기 제2 차폐부(52)를 상기 제1 차폐부(51)와의 사이에 끼우도록 빔 단면에서의 단변 방향으로 나란히 설치된 제3 차폐부(53)를 더 구비하고, 상기 제1 차폐부(51)의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수인 제1 길이 치수와, 상기 제3 차폐부(53)의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수인 제3 길이 치수를 각각 동일한 값으로 설정하면 된다.

이러한 구성에 따르면, 도 12에 나타낸 바와 같이 빔 단면의 단변 방향 중 어느 한쪽으로 이온빔(IB)의 조사 위치가 이동했다 하더라도, 제1 차폐부(51) 또는 제3 차폐부(53)에서 감소한 차폐량은 그대로 제3 차폐부(53) 또는 제1 차폐부(51)에서 증가하게 되므로, 전체적인 차폐량에 변화는 생기지 않는다. 따라서, 단부에서의 빔 프로파일도 원래 상태대로 유지되게 되어, 조사량에 변화가 생기지 않도록 할 수 있다.

도 12의 (a), (b)에 나타낸 바와 같이 제2 차폐부(52)의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수는 제1 차폐부(51) 및 제3 차폐부(53)와 비하여 크더라도 상관없고, 작더라도 상관없다. 요컨대 상이한 길이 치수이기만 하면 된다.

빔 단면에서의 단변 방향으로 이온빔의 조사 위치가 이동한 경우, 마스크에 대한 이온빔의 조사 각도도 변화했을 우려가 있다. 이 조사 각도의 변동에 의해 빔 프로파일에 변화가 생겨 균일성 등을 유지할 수 없게 되는 것을 방지하기 위해서는, 상기 마스크를 빔 단면에서의 장변 방향으로 연장되는 축을 회전축으로 하여 회전 가능하게 구성하면 된다. 이러한 구성에 따르면, 조사 각도가 항상 동일한 상태가 되도록 조절하는 것이 가능해져, 조사 각도의 변동에 의한 영향을 받지 않게 할 수 있다.

본 발명의 이온빔 조사 장치는, 예컨대 이온 주입 장치, 이온 도핑 장치, 이온빔 디포지션 장치, 이온빔 에칭 장치 등 여러가지 용도를 포함하는 개념이다. 요컨대 리본형의 이온빔의 단부를 기판 상에 조사하거나, 단부의 겹침이 문제가 되거나 하는 용도라면 적용 가능하다. 또, 기판으로는 반도체 기판에 한정되는 것은 아니며, 실리콘 웨이퍼나, 유리 기판, 그 밖의 이온빔이 조사되는 판형인 것이어도 좋다.

그 밖에, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에 있어서, 여러가지 변형이나 실시형태의 조합을 행해도 상관없다.

5 : 마스크 51 : 제1 차폐부
52 : 제2 차폐부 53 : 제3 차폐부
100 : 이온빔 조사 장치 IB : 이온빔
W : 기판

Claims (7)

1. 빔 진행 방향에 직교하는 단면에서의 빔 단면 형상이 장방형인 이온빔에 대해, 빔 단면에서의 장변 방향의 단부를 차폐하도록 설치되는 마스크로서,
   상기 마스크를 이온빔의 빔 진행 방향에서 본 경우에 있어서, 상기 마스크가,
   빔 단면의 한쪽의 단변으로부터 장변 방향으로 연장되어 있고, 이온빔의 상기 단부의 일부를 차폐하는 제1 차폐부와,
   빔 단면의 한쪽의 단변으로부터 장변 방향으로 연장되어 있고 상기 제1 차폐부에 대하여 빔 단면에서의 단변 방향으로 나란히 설치되어 있고, 이온빔의 상기 단부에서 상기 제1 차폐부가 차폐하는 부분과는 다른 부분을 차폐하는 제2 차폐부를 구비하고,
   상기 제1 차폐부에 의한 이온빔의 차폐량과 상기 제2 차폐부에 의한 이온빔의 차폐량을 각각 상이하게 한 것인 마스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 차폐부의 빔 단면에서의 단변 방향의 폭 치수인 제1 폭 치수와, 상기 제2 차폐부의 빔 단면에서의 단변 방향의 폭 치수인 제2 폭 치수의 비율이, 상기 이온빔의 단부에서의 이온빔의 목표 조사량에 기초하여 정해져 있는 것인 마스크.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 차폐부 및 상기 제2 차폐부가, 이온빔의 빔 진행 방향에서 본 경우에 있어서 직사각형을 이루는 것인 마스크.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 차폐부 및 상기 제2 차폐부가 각각 별개의 부재로 설치되어 있는 것인 마스크.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 차폐부의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수인 제1 길이 치수와, 상기 제2 차폐부의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수인 제2 길이 치수가, 각각 독립적으로 변경 가능하게 구성되어 있는 것인 마스크.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마스크를 이온빔의 빔 진행 방향에서 본 경우에 있어서, 상기 마스크가, 빔 단면의 한쪽의 단변으로부터 장변 방향으로 연장되어 있고 상기 제2 차폐부를 상기 제1 차폐부와의 사이에 끼우도록 빔 단면에서의 단변 방향으로 나란히 설치된 제3 차폐부를 더 구비하고,
   상기 제1 차폐부의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수인 제1 길이 치수와, 상기 제3 차폐부의 빔 단면에서의 장변 방향의 길이 치수인 제3 길이 치수가 각각 동일한 값으로 설정되어 있는 것인 마스크.
7. 제1항 또는 제2항에 기재된 마스크를 이용한 이온빔 조사 장치.

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