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図面 (15)

目的

露光前にレチクル製造誤差倍率誤差計測し、倍率補正して露光することで、パターン位置合わせ誤差を低減する。

構成

レチクル上に製造誤差補正マーク4をパターン形成部の周囲で4ヶ所以上形成する。レチクル製造誤差の計測前、顕微鏡誤差、レンズディストーション等を除く。すなわち、顕微鏡9のスリット2とステージマーク6との位置関係を測定する。そして、露光装置にてレチクル3をロードし、このマーク位置を投影レンズ5を通してステージ上マーク6と比較し、レーザ干渉計8によりステージ7の走査位置を測定する。レチクル製造誤差補正を正確に行うことができる。

概要

背景

半導体素子製造用レチクルは、通常ガラス基板クロム膜被着し、このクロム膜に所定の半導体素子回路パターンを形成している。ところで、ガラス基板にクロム膜を被着すると、クロム膜の応力によってガラス基板が歪む。レチクル製造段階でクロム膜をパターニングすることで、クロム膜の応力が変化し、ガラス基板の歪も変化する。この歪は、ガラス基板の平坦性の変化で検出することができる。例えば、5インチ四方、0.09インチの厚さのガラス基板の場合、一辺100mmの正方形内では平坦性の変化は0.9μm程度である。このとき、クロム膜パターンの倍率の変化は0.08μm程度となる。

ガラス基板上のクロム膜をパターニングするためには電子線露光装置が広く用いられている。しかし、電子線露光装置の描画位置計測に用いられているレーザ干渉計には個体差がある。露光装置間差により、例えば5インチ四方のレチクルでは一辺100mmの正方形上で0.14μm程度の倍率誤差が発生する。以上の2つの原因で、最大0.23μmのレチクル製造誤差を生じる。5:1の縮小投影露光装置においてこのレチクルを使用し、半導体基板半導体素子パターン転写すると、設計値に対して0.046μmの誤差が発生する。

しかしながら、従来の半導体素子製造用レチクルにはレチクル製造誤差を測定するためのマーク具備されていない。縮小投影露光装置で半導体基板に半導体素子パターンを形成する際の一般的な方法を図13に基づいて説明する。半導体基板に半導体素子回路パターンを転写し、熱処理成膜エッチング等の工程を経た後に、次のパターンの位置合わせ行う場合を示す。一般に、半導体基板に熱処理を施すと半導体基板が変形することが知られている。半導体基板が、熱処理前の半導体基板13から熱処理後の半導体基板12へ変形することにより、位置合わせのための半導体基板上のマーク(以下、ウェハアライメントマーク)の位置が、熱処理前のウェハアライメントマーク17から熱処理後のウェハアライメントマーク18へΔLだけ変化する。このウェハアライメントマークの位置変化から半導体基板の伸び率ΔMは、ΔM=(L+ΔL)/Lとなる。そこで、投影レンズの倍率を調整してレチクル像を半導体基板に投影して、半導体基板の変形による倍率変動補正する。図中、14は半導体基板の中心、15はこの中心14から距離Lだけ離れた熱処理前のショット中心、16は熱処理後のショット中心をそれぞれ示している。

特開平5−5981号公報には、マスクの製造誤差を測定する方法が提案されている。図14にその概念図を示す。レチクル3上に配置したレチクルアライメントマーク21と、露光位置23に配置した基準露光板22との位置関係を計測することにより、レチクル3の製造誤差を測定している。すなわち、レチクルアライメントマーク21の像を基準露光板22のアライメントホール24上へ投影し、ディテクタ25によりこのレチクルアライメントマーク21の像とアライメントホール24との位置関係を計測し、レチクル3の製造誤差を測定している。

概要

露光前にレチクルの製造誤差の倍率誤差を計測し、倍率を補正して露光することで、パターン位置合わせ誤差を低減する。

レチクル上に製造誤差補正マーク4をパターン形成部の周囲で4ヶ所以上形成する。レチクル製造誤差の計測前、顕微鏡誤差、レンズディストーション等を除く。すなわち、顕微鏡9のスリット2とステージ上マーク6との位置関係を測定する。そして、露光装置にてレチクル3をロードし、このマーク位置を投影レンズ5を通してステージ上マーク6と比較し、レーザ干渉計8によりステージ7の走査位置を測定する。レチクル製造誤差補正を正確に行うことができる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

半導体基板に所定の半導体素子パターンを形成するための半導体素子製造用レチクルにおいて、レチクルの製造誤差計測半導体素子製造露光装置上で行うための、レチクル製造誤差補正マーク具備したことを特徴とする半導体素子製造用レチクル。

請求項2

所定の半導体素子パターンが形成された半導体素子製造用レチクルにおいて、上記半導体素子パターンが形成された部分の外側の少なくとも4ヶ所にレチクル製造誤差補正マークを設けた請求項1に記載の半導体素子製造用レチクル。

請求項3

上記レチクル製造誤差補正マークが、このレチクルのXY直交座標系のX方向とY方向とに沿って延在した一組の矩形パターンを有する請求項1または請求項2に記載の半導体素子製造用レチクル。

請求項4

露光装置の投影レンズを通してレチクル製造誤差補正マークの位置を計測し、この投影レンズの倍率を調整することにより、レチクルの製造誤差を補正することを特徴とする露光装置におけるレチクル製造誤差の補正方法

請求項5

レチクル上のレチクル製造誤差補正マークと露光装置のステージ上のマークとを重ね合わせることにより、レチクルの製造誤差を測定する請求項4に記載の露光装置におけるレチクル製造誤差の補正方法。

請求項6

上記レチクルの製造誤差の計測をレーザ干渉計により行う請求項4または請求項5に記載の露光装置におけるレチクル製造誤差の補正方法。

技術分野

0001

本発明は半導体素子製造用レチクルおよび半導体素子製造工程での露光装置におけるレチクル製造誤差補正する方法に関する。

背景技術

0002

半導体素子製造用レチクルは、通常ガラス基板クロム膜被着し、このクロム膜に所定の半導体素子回路パターンを形成している。ところで、ガラス基板にクロム膜を被着すると、クロム膜の応力によってガラス基板が歪む。レチクル製造段階でクロム膜をパターニングすることで、クロム膜の応力が変化し、ガラス基板の歪も変化する。この歪は、ガラス基板の平坦性の変化で検出することができる。例えば、5インチ四方、0.09インチの厚さのガラス基板の場合、一辺100mmの正方形内では平坦性の変化は0.9μm程度である。このとき、クロム膜パターンの倍率の変化は0.08μm程度となる。

0003

ガラス基板上のクロム膜をパターニングするためには電子線露光装置が広く用いられている。しかし、電子線露光装置の描画位置計測に用いられているレーザ干渉計には個体差がある。露光装置間差により、例えば5インチ四方のレチクルでは一辺100mmの正方形上で0.14μm程度の倍率誤差が発生する。以上の2つの原因で、最大0.23μmのレチクル製造誤差を生じる。5:1の縮小投影露光装置においてこのレチクルを使用し、半導体基板半導体素子パターン転写すると、設計値に対して0.046μmの誤差が発生する。

0004

しかしながら、従来の半導体素子製造用レチクルにはレチクル製造誤差を測定するためのマーク具備されていない。縮小投影露光装置で半導体基板に半導体素子パターンを形成する際の一般的な方法を図13に基づいて説明する。半導体基板に半導体素子回路パターンを転写し、熱処理成膜エッチング等の工程を経た後に、次のパターンの位置合わせ行う場合を示す。一般に、半導体基板に熱処理を施すと半導体基板が変形することが知られている。半導体基板が、熱処理前の半導体基板13から熱処理後の半導体基板12へ変形することにより、位置合わせのための半導体基板上のマーク(以下、ウェハアライメントマーク)の位置が、熱処理前のウェハアライメントマーク17から熱処理後のウェハアライメントマーク18へΔLだけ変化する。このウェハアライメントマークの位置変化から半導体基板の伸び率ΔMは、ΔM=(L+ΔL)/Lとなる。そこで、投影レンズの倍率を調整してレチクル像を半導体基板に投影して、半導体基板の変形による倍率変動を補正する。図中、14は半導体基板の中心、15はこの中心14から距離Lだけ離れた熱処理前のショット中心、16は熱処理後のショット中心をそれぞれ示している。

0005

特開平5−5981号公報には、マスクの製造誤差を測定する方法が提案されている。図14にその概念図を示す。レチクル3上に配置したレチクルアライメントマーク21と、露光位置23に配置した基準露光板22との位置関係を計測することにより、レチクル3の製造誤差を測定している。すなわち、レチクルアライメントマーク21の像を基準露光板22のアライメントホール24上へ投影し、ディテクタ25によりこのレチクルアライメントマーク21の像とアライメントホール24との位置関係を計測し、レチクル3の製造誤差を測定している。

発明が解決しようとする課題

0006

上述した従来の半導体素子製造用レチクルおよび誤差補正方法には以下に示すような問題点を有する。まず、従来のレチクルにはレチクル製造誤差を補正するマークが具備されていないので、半導体素子パターンの重ねあわせの際、半導体基板の変形による誤差や、投影露光装置の投影レンズのディストーション誤差等は補正できたが、レチクル自体の製造誤差を補正できていなかった。したがって、でき上り半導体素子の寸法は、レチクルの描画を行った電子ビーム露光機号機差や、レチクルメーカ調整基準の違いや、装置の経時変化等のレチクル製造誤差を含んだものとなり、設計寸法とは異なったものとなっていた。

0007

また、特開平5−5981号公報に示されたレチクル製造誤差測定方法では、基準露光板の製造誤差と、ディテクタと基準露光板との間の位置関係の経時変化と、基準露光板の位置精度と、投影レンズ5のディストーションとの影響を受け、必ずしも正確な測定はできなかった。

0008

そこで、本発明は、露光装置にあってレチクル自体の製造誤差を補正することを目的としている。また、本発明は、でき上りの半導体素子の寸法を設計寸法と一致させることを目的としている。さらに、本発明は、レチクルの製造誤差を正確に測定することを目的としている。

課題を解決するための手段

0009

請求項1に記載の発明は、半導体基板に所定の半導体素子パターンを形成するための半導体素子製造用レチクルにおいて、レチクルの製造誤差の計測を半導体素子製造露光装置上で行うための、レチクル製造誤差補正マークを具備した半導体素子製造用レチクルである。

0010

請求項2に記載の発明は、所定の半導体素子パターンが形成された半導体素子製造用レチクルにおいて、上記半導体素子パターンが形成された部分の外側の少なくとも4ヶ所にレチクル製造誤差補正マークを設けた請求項1に記載の半導体素子製造用レチクルである。

0011

請求項3に記載の発明は、上記レチクル製造誤差補正マークが、このレチクルのXY直交座標系のX方向とY方向とに沿って延在した一組の矩形パターンを有する請求項1または請求項2に記載の半導体素子製造用レチクルである。

0012

請求項4に記載の発明は、露光装置の投影レンズを通してレチクル製造誤差補正マークの位置を計測し、この投影レンズの倍率を調整することにより、レチクルの製造誤差を補正する露光装置におけるレチクル製造誤差の補正方法である。

0013

請求項5に記載の発明は、レチクル上のレチクル製造誤差補正マークと露光装置のステージ上のマークとを重ね合わせることにより、レチクルの製造誤差を測定する請求項4に記載の露光装置におけるレチクル製造誤差の補正方法である。

0014

請求項6に記載の発明は、上記レチクルの製造誤差の計測をレーザ干渉計により行う請求項4または請求項5に記載の露光装置におけるレチクル製造誤差の補正方法である。

0015

請求項1に記載の発明では、レチクルを用いて半導体基板に所定の半導体素子パターンを形成する。この際、レチクルの製造誤差の計測を半導体素子製造露光装置上で行う。計測は、レチクルのレチクル製造誤差補正マークを用いて行い、測定したレチクル製造誤差は、露光装置において補正する。

0016

請求項2に記載の発明は、レチクルの半導体素子パターンが形成された部分の外側の少なくとも4ヶ所にレチクル製造誤差補正マークを設けているため、露光装置にあって、レチクル製造誤差を正確にかつ素早く測定することができる。

0017

請求項3に記載の発明は、レチクル製造誤差補正マークとして、X方向とY方向とに沿ってそれぞれ延在した一組の矩形パターンを有している。よって、これらの矩形パターンに基づいて容易かつ正確にレチクルの製造誤差を測定することができる。

0018

請求項4に記載の発明では、露光装置の投影レンズを通してレチクル製造誤差補正マークの位置を計測する。計測結果に基づいてこの投影レンズの倍率を調整することにより、レチクルの製造誤差を補正する。そして、この露光装置によって露光して半導体素子パターンをウェハに形成すると、設計寸法通りパターン形成を行うことができる。

0019

換言すると、露光時、そのレチクル製造誤差補正マークの位置を計測する。これにより、レチクルの倍率誤差を計算する。そして、露光装置の投影レンズの倍率を調整し、レチクルのパターンを投影する。この結果、レチクル上に形成したパターンの倍率がレチクル毎に異なることが原因で発生する位置ずれを防ぐことができる。

0020

請求項5に記載の発明では、露光装置にあって、レチクル製造誤差補正マークと、露光装置のステージ上のマークとを重ね合わせる。この結果に基づいて、レチクルの製造誤差を測定する。

0021

請求項6に記載の発明では、上記レチクルの製造誤差の計測をレーザ干渉計により行う。よって、より精密に計測することができる。

0022

以下、本発明に係るレチクルおよびレチクルを用いての露光装置でのレチクル製造誤差の補正方法についての実施例を説明する。図1図8は第1の実施例を説明するための図である。図1に本発明の第1の実施例に係る露光装置の概略を示す。図2は使用するレチクルの製造誤差補正マークを示している。図3はこの製造誤差補正マークを拡大して示している。図4は露光装置のステージ上のマークを示している。図5の(a)、(b)はディテクタの構造を模式的に示している。図6顕微鏡スリット形状を示している。図7は露光装置でのステージ上マーク製造誤差等の補正を行う場合の出力信号波形を示している。図8はレチクル製造誤差の測定を説明するための図である。

0023

図1において、1はディテクタであり、誤差計測用顕微鏡9に付設されている。誤差計測用顕微鏡9は露光装置の所定位置に配設されたレチクル3、投影レンズ5、ステージ7に対して光源から所定の光を照射可能に設けられている。光源の光はビームスプリッタ等により顕微鏡内スリット2を介してディテクタ1にも入射される構成である。また、ステージ7側方にはレーザ干渉計8が配設されている。ステージ7は公知のようにX−Y平面で直交するX,Yの2方向に移動自在の構成である。6はステージ7のウェーハ(半導体基板)載置部の側方に設けたステージ上マークである。このステージ7の上方に配設されたレチクル3の下面には製造誤差補正マーク4が設けられている。

0024

レチクル3には、図2に示すように、少なくとも矩形ガラス板製のレチクルの外縁部の4点の対称位置に製造誤差補正マーク4を配置する。レチクル3のこれらのマーク4に囲まれた矩形の中央部はパターン形成部である。各製造誤差補正マーク4は、図3に示すように、短辺10〜100μm、長辺50〜500μm程度のスリットを有して形成されており、X,Yの組から構成されている。これらのマーク4に対応するウェハステージ7上のマーク6としては、図4に示すように、短辺8〜100μm、長辺50〜600μmの長方形繰り返しパターン(以下、L/Sパターン)を配置する。L/Sパターンのピッチはレチクル上のスリット幅の2倍より大きくする。さらに、このL/Sパターンでは長方形部分鏡状高反射率とし、かつ、その長方形の周囲の部分を低反射率とする。または、この長方形部分を透明とし、下方から露光光照明して投影レンズ側からみた場合、長方形部分のみから光が出るように構成してもよい。

0025

次に、ディテクタ1側の構造を説明する。図5に示すように、顕微鏡9と、これに付設されたディテクタ1とから構成されており、X方向とY方向とにそれぞれ独立した光学系を持っている。最初に、ステージ上マーク6が鏡状に構成された場合を説明する。

0026

図5の(a)のようにマークを照射するための光源から出た光は、レチクル3がある場合には、レチクル3上の製造誤差補正マーク4を通ってマーク6に達する。マーク6で反射した光は、再びレチクル3上の製造誤差補正マーク4を通過し、顕微鏡9内に入る。そして、反射光ハーフミラーを通過してこの顕微鏡9内に設置した図6に示すスリット2を通過し、ディテクタ1に入射する。このディテクタ1では入射光の強度のみを信号として例えば制御、演算系に対して出力する。

0027

次に、ステージ7上のマーク6自体から光が出る場合について、図5の(b)に示す。この場合は、ステージ上マーク6自体が発光するので、照明光学系は不必要である。ステージ上マーク6から出た光は、レチクル3がある場合はレチクル3上の製造誤差補正マーク4を通過し、レチクル3の面と光学系に共役な面に配置した顕微鏡9内のスリット2を通過してディテクタ1に入射する構成である。

0028

次に、第1の実施例の場合のレチクル製造誤差の計測方法について説明する。まず、レチクル3を露光装置にロードする前に、投影レンズ5のディストーション量と、顕微鏡9内のスリット2の位置の誤差と、ステージ上マーク6の製造誤差の補正を行う。ステージ上マーク6を露光波長の光で照明するか、もしくは、ステージ上マーク6自体を発光させながら、ステージ上マーク6からの光が顕微鏡9に入射する位置の近くでステージ7をX,Y方向に走査する。ステージ上マーク6とスリット2とが一致したところでその信号強度が最大となる。ステージ上マーク6の一部がスリット2と一致するところでは、一致した面積に比例した強度の信号が出る。そのため、ステージ7を一方向に走査したときの信号強度の変化は図7に示したような変化をする。このとき、ステージ7の位置はレーザ干渉計8で常に測定されているので、信号が変化したときのステージ7の位置はステージ7側方のレーザ干渉計8により測定される。信号変化の位置が、ステージ上マーク6の位置になる。この結果、このステージ上マーク6の位置と設計上の位置との差が、投影レンズ5のディストーションによるずれ量と、顕微鏡9のスリット2および光学系の製造誤差と、ステージ上マーク6の製造誤差との和となる。この大きさをΔDとする。ΔDをレチクル3上の製造誤差補正マーク4と同位置となる各点でX,Yについてそれぞれ測定する。

0029

次に、レチクル3を露光装置の所定位置にロードし、レチクルアライメントを行う。そして、先程の場合と同様に、ステージ上マーク6(ステージ7)をステージ上マーク6からの光が顕微鏡9に入射する位置で走査する。このとき、レチクル3上の製造誤差補正マーク4の開口部は、顕微鏡9のスリット2よりも10〜20%幅を小さくしている。このため、ステージ上マーク6からの光がディテクタ1に入射する際の入射量は、レチクル3上の製造誤差補正マーク4により制限される。この結果、ステージ上マーク6を走査させたときのディテクタ1の出力によりレチクル3上の製造誤差補正マーク4の位置を測定することができる。そして、この製造誤差補正マーク4の位置と設計上の座標とを比較し、その差を求める。レチクル3上の各製造誤差補正マーク4について、X,Y双方についてそれぞれ測定を行い、これにそれぞれに対応する位置の装置側のオフセット量であるΔDを加える。図8に示すように、レチクル3内の測定ポイント全点で、設計値からのずれ量ΔX1〜ΔX4とΔY1〜ΔY4とを求める。その結果、レチクル3製造誤差の倍率成分ΔMは次式で表される。

0030

ΔM={ΔX2−ΔX4+ΔX3−ΔY1+4L(1−cosθ)}/4L
ここで、θはレチクルローテーション量でレチクルアライメントの結果から得られ、Lはレチクル中心からレチクル3上のマークまでの距離である。

0031

この結果、レチクル3の製造時の倍率誤差がわかる。よって、レチクルパターンを半導体基板上に転写する際に、投影レンズ5の倍率補正機能を用いて、倍率を補正して露光する。この結果、レチクル3の製造誤差による倍率の変動をレチクル3上の100mm四方の正方形の辺上で0.23μm程度低減することができる。

0032

次に、第2の実施例について説明する。レチクル上へのマークの配置は第1の実施例と同様であって、図2に示すように、製造誤差補正マーク4を配置する。製造誤差補正マーク4は、図9に示すように、短辺が5〜50μm、長辺が30〜300μmの長方形の繰り返しパターンで構成してある。ステージ7上にも同じ形状のマーク6を配置する。この場合も、第1の実施例の場合と同様に、鏡状で反射率の高い長方形と、反射率が低い長方形の周囲の部分からなるマークと、マークの下方から光を照射し、マーク自体が発光するものとの2つの場合がある。

0033

光学系は第1の実施例の場合と同じ構成である。ディテクタ1と、顕微鏡9内のスリット2とが、図10に示したように、形状がレチクル3上の製造誤差補正マーク4の長方形を10〜20%細くしたものであることが異なるのみである。本実施例では、ディテクタ1にCCDもしくは影像管を用い、画像処理により設計位置からのずれ量を測定する。

0034

次に、第2の実施例での製造誤差補正マーク4の設計位置からのずれ量の測定方法を説明する。まず、レチクル3をロードする前に、顕微鏡9と投影レンズ5のディストーションと、ステージ上マーク6の製造誤差の補正を行う。ステージ上マーク6をステージ7のレーザ干渉計8でその位置を測定しながら、設計上で顕微鏡9内のスリット2のスペース部分と、ステージ上マーク6のライン部分が一致する位置に移動させる。このとき、誤差が無い場合は図11に示すような画像が得られる。誤差がある場合は図12に示すような画像が得られる。このようにして得られた画像から、顕微鏡内のスリット2とステージ上マーク6のずれ量を求める。第1の実施例の場合と同様に、このずれ量をΔDとする。そして、レチクル3上での製造誤差補正マーク4の位置に対応する全ての点で、X,Yについてこのずれ量を求める。

0035

次に、レチクル3をロードし、レチクルアライメントを行う。この後、レチクル3上の製造誤差補正マーク4のスペースとステージ上マーク6のラインが一致する位置にステージ7を移動させる。そして、そのときの画像をメモリに取り込む。この場合、レチクル3上の製造誤差補正マーク4のラインが顕微鏡内のスリット2のラインより太い(幅が広い)。このため、レチクル3上の製造誤差補正マーク4に隠れて、顕微鏡内のスリット2は見えない。よって、この画像から、ステージ上マーク6とレチクル3上の製造誤差補正マーク4のずれ量が得られる。

0036

この計測値と先程のΔDとを加えることで、装置側の製造誤差やレンズ収差の影響を除いた真のレチクル上の座標の設計値からの誤差が得られる。レチクル3上の製造誤差補正マーク4の全てについて設計値からの誤差を求め、第1の実施例と同様に、倍率の製造誤差ΔMを求める。そして、この製造誤差による倍率誤差を打ち消すように投影レンズ5の倍率を調整してパターンの転写を行う。

発明の効果

0037

本発明は、レチクルパターンの描画を行った電子ビーム露光機の号機差、レチクルメーカの違いによる調整基準の違い、装置の経時変化等によって、レチクルパターンのピッチにばらつきが発生し、レチクル上のパターンの倍率が変化してしまうという問題点を解決する。すなわち、本発明により、レチクルの製造誤差に起因する倍率変動を低減することができる。このため、重ね合わせ精度がレチクル上の100mm四方の正方形の辺上で0.23μm程度向上する。ウェハへのパターン転写精度を高めることができる。

図面の簡単な説明

0038

図1本発明の第1の実施例を示す露光装置の模式図である。
図2本発明の第1の実施例のレチクル上のマーク配置を示す図である。
図3本発明に係る第1の実施例の製造誤差補正マークを示す図である。
図4本発明の第1の実施例のステージ上マークを示している。
図5本発明の第1の実施例に係る顕微鏡を説明する模式図である。
図6本発明の第1の実施例の顕微鏡内のスリットを示す図である。
図7本発明の第1の実施例に係るディテクタの信号波形を示す図である。
図8本発明の第1の実施例での製造誤差の差量を説明するための図である。
図9本発明の第2の実施例の製造誤差補正マークを示す図である。
図10本発明の第2の実施例の顕微鏡内のスリットを示す図である。
図11本発明の第2の実施例の誤差が無い場合の画像を示す図である。
図12本発明の第2の実施例の誤差がある場合の画像を示す図である。
図13半導体基板の変形による倍率変動を説明するための図である。
図14従来のレチクル製造誤差計測方法を説明するための図である。

--

0039

1…ディテクタ
2…顕微鏡内マーク
3…レチクル
4…製造誤差補正マーク
5…投影レンズ
6…ステージ上マーク
8…レーザ干渉計
9…誤差計測用顕微鏡

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