CN102138204A - 气体供给部件以及等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
气体供给部件(11)包括将以环状延伸的气体流路的设置在其内部的环状部(12)。环状部(12)具备:环状的第一部件(13a),其包括设置有供给气体的多个供给孔(19)的平板部(18);环状的第二部件(13b),其在与第一部件(13a)之间形成成为气体流路的空间(14)。
Description
技术领域
本发明涉及气体供给部件以及等离子体处理装置,特别涉及供给等离子体处理用的反应气体的气体供给部件以及将反应气体供给到处理容器内进行等离子体处理的等离子体处理装置。
背景技术
LSI(Large Scale Integrated circuit:大规模集成电路)等半导体装置,是对作为被处理基板的半导体基板(晶片)实施蚀刻、CVD(ChemicalVapor Deposition:化学气相沉积)、溅射等多种处理来制造的。对于蚀刻、CVD、溅射等处理,已知有作为其能量供给源使用等离子体的处理方法,即,等离子体蚀刻和等离子体CVD、等离子体溅射等。
在被处理基板上实施上述那样的等离子体蚀刻处理等时,需要向生成等离子体的处理容器内供给用于处理被处理基板的反应气体。根据日本特开平6-112163号公报(专利文献1),在通过ECR等离子体进行的等离子体处理装置中,是利用具有环状中空形状的气体导入喷嘴(气体供给部件),将气体导入处理容器内。
专利文献1:日本特开平6-112163号公报
专利文献1所示的以往的环状中空形状的气体导入喷嘴(气体供给部件),通常是在将筒状的石英管(石英管)弄圆,将端部彼此连接作成圆环状后,设置供给气体的供给孔所制造的。
在此,对制造上述以往的圆环状的气体供给部件的方法进行说明。图16是表示以往的气体供给部件的制造方法的典型的工序的流程图。如图16所示,首先,在将所准备的筒状的石英管切断成规定的长度后,通过由手工作业进行的弯折加工折弯成圆环状,将端部彼此连接而形成环状部(图16(A))。
之后,进行退火处理(热处理)(图16(B))。接着,将支承环状部的支承部、以及将气体从外面供给到环状部内的喷嘴与环状部焊接进行安装(图16(C))。
随后,利用氟酸(HF)进行清洗(图16(D))并进行火融抛光(FirePolish)后,再进行退火处理(图16(E))。在此,火融抛光是指利用对材质表面喷射火焰进行的表面平滑化处理。然后,在环状部的规定部位开设供给气体的供给孔(图16(F))。其后,进行煮沸并再次用氟酸进行清洗而得到最终的气体供给部件(图16(G))。
图17是表示这样得到的气体供给部件的一部分的剖视图。如图17所示,气体供给部件101包括圆环状的中空的环状部102。环状部102的截面是圆形,中空部103成为环状部102中的周向的气体的流路。在环状部102上设置有将下方侧的一部分开口的供给孔104。供给孔104是通过手工作业进行利用激光的开孔加工或利用金刚石工具的开孔加工而形成的。
在此,在用上述方式制造图17所示的气体供给部件101的情况下,会产生以下问题。首先,由于上述环状部102是通过手工作业进行的弯曲加工而形成的,因此将环状部102作成正圆形变得非常困难。另外,由于手工弯曲加工会压坏石英管的截面使其截面不是正圆,因此无法将多个供给孔104开设在环状部102的曲面上的正确的位置。这样,在多个供给孔104中,激光的开口时的供给孔104的开设方法在各供给孔104中不同。此外,利用手工弯曲加工会使石英管壁面的厚度变得不均匀,从而无法得到在环状的气体流路的流动方向上均匀的传导,以及在多个供给孔104中均匀的传导,因此不能高精度地供给气体。
另外,由于在弯曲成圆环状时会对石英管自身作用应力,并且如上所述在多个供给孔104上开设方法不同,因此例如在将这样的精度差的气体供给部件101用于例如等离子体处理装置的情况下,若在暴露于等离子体中使用的期间进行切削时,会在多个供给孔104在腐蚀的程度上产生不均匀的情况,进而使上述的传导变得不均匀。
如上所述,高精度地制造以往的气体供给部件是非常困难的。另外,将精度差的气体供给部件用于等离子体处理装置时,会招致处理容器内的反应气体的供给不均匀。于是,在被处理基板的面内均匀地进行等离子体处理变得很困难。此外,在具备这样的精度差的气体供给部件101的多个等离子体处理装置中,会增大各等离子体处理装置间的机械误差。即,因各等离子体处理装置不同,对被处理基板的处理程度也存在很大差异。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够均匀地供给气体的气体供给部件。
本发明的另一目的在于提供一种能够在被处理基板的面内均匀地进行等离子体处理的等离子体处理装置。
本发明涉及的气体供给部件是供给气体的气体供给部件,包括将以环状延伸的气体流路设置在其内部的环状部。环状部具备:环状的第一部件,其包括设置有供给气体的多个供给孔的平板部;环状的第二部件,其在与第一部件之间形成流路。
这样的气体供给部件,由于将供给反应气体的供给孔设置于平板部,因此能够高精度地形成供给孔的位置和大小。另外,由于环状部包括环状的第一部件和环状的第二部件,因此使形成相对于环状部的中心的正圆形状变得容易。此外,由于利用环状的第一部件和环状的第二部件,形成反应气体的流路,从而使均匀地进行反应气体流路的传导变得容易。因此能够均匀地供给气体。
优选地,第一部件和第二部件接合。
更优选地,环状部为圆环状。
更优选地,多个供给孔分别沿周向等间隔设置。
作为更优选的一个实施方式,第一部件和第二部件的材质是石英。
在本发明的另一技术方案中,等离子体处理装置具备:在其内部对被处理基板进行等离子体处理的处理容器;配置在处理容器内并在其上保持被处理基板的保持台;使处理容器内产生等离子体的等离子体发生单元;向处理容器内供给等离子体处理用的反应气体的气体供给部件。气体供给部件包括有将以环状延伸的气体流路设置在其内部的环状部。在此,环状部具有:环状的第一部件,其包括设置有供给气体的多个供给孔的平板部;环状的第二部件,其在与第一部件之间形成流路。
由于这样的等离子体处理装置包括能够均匀地供给气体的气体供给部件,因此能够均匀地将反应气体供给到处理容器内,并在被处理基板的面内均匀地进行等离子体处理。
更优选地,等离子体发生单元包括:微波发生器,其产生等离子体激励用的微波;电介质板,其设置在与保持台相对置的位置,用于将微波导入到处理容器内。
根据这样的气体供给部件,由于将供给反应气体的供给孔设置于平板部,因此能够高精度地形成供给孔的位置和大小。另外由于环状部包括环状的第一部件和环状的第二部件,因此容易形成相对于环状部的中心的正圆形状。此外,由于利用环状的第一部件和环状的第二部件形成反应气体的流路,因而使均匀地进行反应气体的流路的传导变得容易。因此能够均匀地供给气体。
另外,根据这样的等离子体处理装置,由于包括能够均匀地供给气体的气体供给部件,因此能够将反应气体均匀地供给到处理容器内,并在被处理基板的面内均匀地进行等离子体处理。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的气体供给部件的图。
图2是将图1表示的气体供给部件在截面II-II处切断时的剖视图。
图3是表示本发明的一个实施方式涉及的气体供给部件的典型的制造工序的流程图。
图4是表示从平板状部件切出环状的平板部件的状态的图。
图5是从板厚方向观察所切出的环状的平板部件的图。
图6是从板厚方向观察第二部件的图。
图7是将图6表示的第二部件在图6中的VII-VII截面处切断时的剖视图。
图8是从板厚方向观察第一部件的图。
图9是将图8表示的第一部件在图8中的IX-IX截面处切断时的剖视图。
图10是表示将第一部件和第二部件组合的状态的图。
图11是表示本发明的一个实施方式涉及的等离子体处理装置的主要部分的概略剖视图。
图12是表示本发明的另一实施方式涉及的气体供给部件的一部分的剖视图。
图13是表示本发明的再一实施方式涉及的气体供给部件的一部分的剖视图。
图14是表示本发明的再一实施方式涉及的气体供给部件的一部分的剖视图。
图15是表示本发明的再一实施方式涉及的气体供给部件的一部分的剖视图。
图16是表示以往的气体供给部件的典型的制造工序的流程图。
图17是表示以往的气体供给部件的一部分的剖视图。
具体实施方式
下面,参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的一个实施方式涉及的气体供给部件的主要部分的图。图2是表示在图1中的截面II-II处切断时的剖视图。
如图1和图2所示,气体供给部件11包括圆环状的环状部12。环状部12是中空形状。即,在环状部12内通过后述的环状的第一部件13a和环状的第二部件13b,形成有以环状延伸的空间14。
气体供给部件11具备将气体供给到环状部12内的一对喷嘴15a、15b。喷嘴15a、15b是中空形状。喷嘴15a、15b被设成从环状部12的外径面16向外径侧笔直地延伸。经由喷嘴15a、15b将气体从环状部12的外部供给到环状部12内,具体地说是供给到环状部12内的作为气体流路的空间14内。一对喷嘴15a、15b设置在分别以180度相对置的位置。
另外,气体供给部件11具备支承环状部12的一对支承部17a、17b。一对支承部17a、17b也被设成从环状部12的外径面16向外径侧笔直地延伸。一对支承部17a、17b分别被设置在以180度相对置的位置。支承部17a、17b的外径侧的端部(未图示)安装、固定在其他部件上。例如,在后述的等离子体处理装置中,支承部17a、17b的外径侧的端部,固定在处理容器的侧壁。环状部12借助一对支承部17a、17b被其他部件的规定的位置支承。另外,一对支承部17a、17b以及一对喷嘴15a、15b分别以大约90度的间隔设置在环状部12的外径面16侧。
在此,说明环状部12的具体构成。环状部12由环状的第一部件13a和环状的第二部件13b构成。第一部件和第二部件13a、13b的材质是石英。环状部12是通过将第一部件13a和第二部件13b接合而形成的。
第一部件13a包括环状的平板状的平板部18。在平板部18上设置有多个,具体地说是八个供给气体的供给孔19。八个供给孔19是利用激光使平板部18的规定部位开口而形成的。供给孔19是圆孔状。八个供给孔19,在环状的平板部18上分别以沿周向成为等间隔的方式被设置。即,八个供给孔19分别在环状的平板部18上,周向的距离相等地设置。
在环状的第一部件13a和环状的第二部件之间形成环状的空间14。在图2表示的截面中,该空间14大致是矩形。该空间14成为环状部12内的周向的气体的流路。
下面,说明制造上述的气体供给部件11的制造方法。图3是表示本发明的一个实施方式涉及的气体供给部件11的典型的制造工序的流程图。另外,以下表示的图4~图10是说明气体供给部件11的制造工序的图。
首先,准备平板状部件。然后在图4表示的平板状部件21中,如虚线所示那样以环状切出一部分。于是形成图5所示那样的环状的平板状部件22。对平板状部件21以及与平板状部件21厚度不同的平板状部件进行上述工序,从而形成第一部件和第二部件的外形形状。
另一方面,在板厚较薄的平板状部件22上,利用激光开设八个供给气体的供给孔19(图3(B))。在这种情况下,由于是平板状部件22,因此容易使激光的焦点深度一致。另外,由于是环状的平板状部部件22,因此用激光开口时的供给孔19的扩宽是均匀的。此外,由于环状的平板状部件22未进行折弯,因此能够高精度地形成供给孔19。另外,能够使各供给孔19的传导均匀。
如上所述形成图8和图9表示的开设有八个供给孔19的第一部件13a。图8是从板厚方向观察第一部件13a的图,图9是将第一部件13b在图8中的IX-IX截面处切断的剖视图。八个供给孔19以沿周向等间隔的方式被设置。另外,平板状部件22成为包含于环状的第一部件13a的平板部18。
然后,进行第一部件13a和第二部件13b的接合部分的镜面抛光(图3(C))。接合部分是图7表示的第二部件13b中的区域23b,是图9表示的第一部件13a中的区域23a。
接着,进行第一和第二部件13a、13b的氟酸(HF)清洗(图3(D))。即,对第一和第二部件13a、13b分别用氟酸进行清洗。在这种情况下,由于能够对第一和第二部件13a、13b的各部件进行氟酸清洗,因此之后对成为气体流路的空间14侧的壁面的清洗也能够容易地进行。因此能够容易并且可靠地进行清洗。
然后,如图10所示分别将第一部件13a和第二部件13b沿图10中的箭头表示的方向移动而接近,使第一部件13a的区域23a与第二部件13b的区域23b对合进行加热加压,从而将第一部件13a和第二部件13b接合(图3(E))。
在进行降温和减压,结束了第一部件13a与第二部件13b的接合后(图3(F)),在机械加工中进行无用部分的去除(图3(G))。
然后,在将第一部件13a和第二部件13b接合而形成的环状部12上,通过焊接来安装喷嘴15a、15b以及支承部17a、17b(图3(H))。
而且,最后,在将安装有喷嘴15a等的环状部12煮沸后,再次进行利用氟酸的清洗(图3(I))。这样得到气体供给部件11。
根据这样的气体供给部件11,由于在平板部18上设置了供给反应气体的供给孔19,因此能够高精度地形成供给孔19的位置、大小。另外,由于环状部12包括环状的第一部件13a和环状的第二部件13b,因此使形成相对于环状部12的中心的正圆形变得容易。此外,由于通过第一部件13a和第二部件13b形成反应气体的流路,因此使反应气体的流路的电导均匀变得容易。因此,能够均匀地供给气体。
另外,在上述实施方式中,虽然通过由激光进行的开孔加工来开设供给孔19,然而不限于此,也可以通过由金刚石工具进行的开孔加工来开设供给孔19。
下面,对包括上述本发明的一个实施方式涉及的气体供给部件11的等离子体处理装置的构成进行说明。
图11是表示包括本发明的一个实施方式涉及的气体供给部件11的等离子体处理装置的主要部分的概略剖视图。如图11所示,等离子体处理装置31具备:在其内部对被处理基板W进行等离子体处理的处理容器32、将等离子体处理用的反应气体供给到处理容器32内的反应气体供给部33、在其上保持被处理基板W的圆板状的保持台34、在处理容器内产生等离子体的等离子体发生单元、以及控制等离子体处理装置31整体的控制部(未图示)。控制部控制反应气体供给部33中的气体流量、处理容器32内的压力等用于对被处理基板W进行等离子体处理的工艺条件。等离子体发生单元包括:产生等离子体激励用的微波的微波发生器35、和配置在与保持台34相对置的位置并将由微波发生器35发生的微波导入到处理容器32内的电介质板36。
处理容器32包括:位于保持台34的下方侧的底部37,和从底部37的外周向上方延伸的侧壁38。侧壁38是圆筒状。在处理容器32的底部37设有排气用的排气孔39。处理容器32的上部侧有开口,通过配置在处理容器32的上部侧的电介质板36、以及介于电介质板36与处理容器32之间的作为密封部件的O形密封圈40,能够密封地构成处理容器32。
具有匹配器41的微波发生器35,经由模式变换器42以及波导管43,与导入微波的同轴波导管44的上部连接。作为在微波发生器35中发生的微波的频率,例如选择2.45GHz。
电介质板36是圆板状,由电介质构成。电介质板36的下部侧是平整的。另外,作为电介质板36的具体的材质可列举出石英、铝等。
另外,等离子体处理装置31具备:滞波板48,其传播由同轴波导管44导入的微波;薄板圆板状的隙缝天线50,其将微波从设置有多个的狭缝孔49导入到电介质板36。由微波发生器35发生的微波通过同轴波导管44被传播到滞波板48,并从设置于隙缝天线50的多个狭缝孔49导入电介质板36。透过电介质板36的微波,使电介质板36的正下方产生电场,从而使处理容器32内生成微波。
在保持台34上经由匹配单元58和供电棒59而电连接有RF偏压用的高频电源57。在保持台34的上表面设置有用于利用静电吸附力来保持被处理基板W的静电卡盘61。在保持台34的内部设置有沿周向延伸的环状的制冷剂室71和气体供给管74。由此能够控制静电卡盘61上的被处理基板W的处理温度。
在此,说明反应气体供给部件33。反应气体供给部件33包括上述气体供给部件11。包括在气体供给部件11中的环状部12,在处理容器32内,是在保持台34与电介质板36之间,且配置在被处理基板W的上方。环状部12通过一对支承部17a、17b被固定在处理容器32内。具体地说,通过将支承部17a、17b的外径侧的端部安装于侧壁38,由此将环状部12固定在处理容器32内。另外,一对喷嘴15a、15b也安装于侧壁38。另外,图11是在包括气体供给部件11所包含的喷嘴15a、15b的截面处切断的情况下的剖视图。
从处理容器32的外部供给的等离子体处理用的反应气体,经由喷嘴15a、15b供给到气体供给部件11内。所供给的反应气体被气体供给部件11均匀地供给到处理容器32内。具体而言,对被处理基板W的各位置均匀地供给。
接下来,对使用本发明一个实施方式涉及的等离子体处理装置31进行被处理基板W的等离子体处理的方法进行说明。
首先,使用上述的静电卡盘61将被处理基板W保持在设置于处理容器32内的保持台34上。其次,通过微波发生器35产生等离子体激励用的微波。然后,用电介质板36等将微波导入到处理容器32内。然后,通过反应气体供给部件33中包含的气体供给部件11,对处理容器32内的被处理基板W供给反应气体。这样一来,对被处理基板W进行等离子体处理。
这样的等离子体处理装置31,由于包括能够均匀地供给气体的气体供给部件11,因此能够均匀地将反应气体供给到处理容器32内,在被处理基板W的面内能够均匀地进行等离子体处理。另外,由于气体供给部件11的精度较好,因此在多个等离子体处理装置31之间能够降低该机械误差。
另外,在上述实施方式中,第二部件的截面虽然作成大致字形的构成,然而不限于此,第二部件的截面也可以作成大致U字形。即,如图12所示,气体供给部件76中包括的环状部77也可以构成为包括:具有设置了供给孔80的平板部79的第一部件78a、和截面为大致U字形的第二部件78b。
另外,也可以如图13所示,在气体供给部件81中包括的环状部82中,包括平板部84的第一部件83a的截面是大致L字形。另外,对于第二部件83b,截面也可以是大致L字形。在这种情况下,在平板部84上设置供给孔85。
另外,在上述实施方式中,也可以将气体供给部件中所包括的环状部作成两个,并将它们设为两层。图15是表示这种情况下的气体供给部件91的一部分的图,是与图2对应的图。如图15所示,气体供给部件91具备第一和第二环状部92a、92b。第一和第二环状部92a、92b分别被设为同心圆状。第一环状部92a配置在第二环状部92b的外径侧。即,第一环状部92a的直径构成为大于第二环状部92b的直径。第一环状部92a和第二环状部92b通过沿周向分别等间隔地设置的三个喷嘴93a、93b、93c来连接。通过喷嘴93a~93c支承第二环状部92b,并且从第一环状部92a侧供给气体。在第一和第二环状部92a、92b的内部设置有由第一部件和第二部件形成的空间。该空间分别成为第一和第二环状部92a、92b内的反应气体的流路。
通过这样的构成,能够均匀地供给气体。此外,还可以将气体供给部件所包括的环状部作成三个以上,成为三层以上的构成。另外,在图15中省略了供给气体的供给孔的图示。
另外,在上述实施方式中,虽然作成将第一部件和第二部件接合,然而不限于此,也可以作成第一部件与第二部件相互粘接,还可以构成为在第一部件和第二部件之间插入其他部件。
另外,在上述实施方式中,虽然环状部作成圆环状,然而不限于此,环状部也可以是包括直线状部分的构成。另外,也可以是椭圆形状。
另外,在上述实施方式中,虽然第一部件和第二部件分别由一个部件构成,然而不限于此,也可以将多个部件组合来构成第一部件或第二部件。即,例如,针对截面大致字形的第二部件,可以作成由两个直径不同的圆筒状部件和一个平板状部件构成。另外,对于第一部件和第二部件,也可以作成将多个沿周向分割的圆弧状的部件进行组合而构成。
另外,在上述实施方式中,虽然气体供给部件所包括的喷嘴和支承部是作成向外径侧笔直地延伸的形状,然而不限于此,喷嘴和支承部也可以具有在包括环状部的面的板厚方向,即图1表示的纸面正反方向上延伸的部分。由此,例如,在上述等离子体处理装置内配置环状部时,能够配置在被处理基板W的上方的适宜的位置。
另外,在上述实施方式中,是在气体供给部件中,将喷嘴和支承部分别作成各两个,合计设置四个,然而不限于此,也可以设置四个喷嘴,还可以设置三个或五个喷嘴。此外,也可以设置其他多个喷嘴和支承部。
另外,在上述的实施方式中,虽然设置了八个供给孔,然而不限于此,例如也可以设置十六个、三十二个等其他多个供给孔。
另外,在上述实施方式中,对于等离子体处理装置中所包括的电介质板,虽然作成其下部侧是平整的构造,然而不限于此,也可以设置以锥状凹下凹部。即,电介质板的下部也可以包括凹凸形状。由此,在电介质板的下部侧能够利用微波有效地生成等离子体。
另外,在上述实施方式中,虽然是将微波作为等离子体源的等离子体处理装置,然而不限于此,也适用于将ICP(Inductively coupledPlasma:电感耦合等离子体)和ECR(Electron Cyclotron Resoannce:电子回旋共振)等离子体、平行平板型等离子体等作为等离子体源的等离子体处理装置。
另外,在上述实施方式中,虽然公开了将气体供给部件适用于等离子体处理装置的例子,然而不限于此,即使在要求气体均匀地供给的其他的装置中,也能够适用本申请涉及的气体供给部件。
以上,虽然参照附图对本发明的实施方式进行了说明,然而本发明不限定于图示的实施方式。在与本发明相同的范围内,或等同的范围内,能够对图示的实施方式施加各种修改或变形。
产业上的实用性
本发明涉及的气体供给部件能够有效地用于供给均匀的气体的等离子体处理装置中。
本发明涉及的气体供给部件能够有效地用于将反应气体均匀地供给到处理容器内的情况。
附图标记说明:
11、76、81、86、91...气体供给部件;12、77、82、87、92a、92b...环状部;13a、78a、83a、88a...第一部件;13b、78b、83b、88b...第二部件;14...空间;15a、15b、93a、93b、93c...喷嘴;16...外径面;17a、17b...支承部;18、79、84、89...平板部;19、80、85、90...供给孔;21、22...平板状部件;23a、23b...区域;31...等离子体处理装置;32...处理容器;33...反应气体供给部;34...保持台;35...微波发生器;36...电介质板;37...底部;38...侧壁;39...排气孔;40...O形密封圈;41...匹配器;42...模式变换器;43...波导管;44...同轴波导管;48...滞波板;49...狭缝孔;50...隙缝天线;57...高频电源;58...匹配单元;59...供电棒;61...静电卡盘;71...制冷剂室;74...气体供给管。
Claims (8)
1.一种气体供给部件,用于供给气体,其特征在于,
包括环状部,其将以环状延伸的气体流路设置在其内部;
上述环状部具备:包括设有供给气体的多个供给孔的平板部的环状的第一部件,和在与上述第一部件之间形成上述流路的环状的第二部件。
2.根据权利要求1所述的气体供给部件,其特征在于,
上述第一部件与上述第二部件接合。
3.根据权利要求1所述的气体供给部件,其特征在于,
上述环状部为圆环状。
5.根据权利要求1所述的气体供给部件,其特征在于,
上述第一部件和第二部件的材质是石英。
6.根据权利要求1所述的气体供给部件,其特征在于,
多个上述供给孔分别沿周向等间隔设置。
7.一种等离子体处理装置,其特征在于,具备:
在其内部对被处理基板进行等离子体处理的处理容器;
配置在上述处理容器内并在其上保持上述被处理基板的保持台;
使上述处理容器内产生等离子体的等离子体发生单元;
向上述处理容器内供给等离子体处理用的反应气体的气体供给部件,
上述气体供给部件包括环状部,该环状部将以环状延伸的气体流路设置在其内部,
支承部,其从上述环状部的外径面向外径侧延伸,来支承上述环状部,
在上述环状部上,
上述环状部具备:包括设有供给气体的多个供给孔的平板部的环状的第一部件,和在与上述第一部件之间形成上述流路的环状的第二部件。
8.根据权利要求7所述的等离子体处理装置,其特征在于,
上述等离子体发生单元包括:微波发生器,其产生等离子体激励用的微波;电介质板,其设置在与上述保持台相对置的位置,用于将微波导入到上述处理容器内。
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