TWI514503B - 於電漿處理系統中用以校正末端效應器之對準的系統及方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於用以校正一末端效應器之對準的方法,尤有關於在電漿處理系統中用以校正一末端效應器關於一晶圓座之對準的方法與系統。
電漿經常被使用在處理半導體基板中(例如:晶圓)。在電漿處理中,利用一般包含複數個處理模組之電漿處理系統處理該晶圓。電漿處理期間,將基板(例如:晶圓)裝設於處理模組內部的晶圓座上。
為了移動晶圓進出該處理模組,一般將該晶圓放置在一末端效應器上並轉移到該晶圓座上。該末端效應器為在晶圓轉移期間,用於支撐該晶圓的一結構元件。通常將該末端效應器裝設於機械手臂上。圖1展示出一代表性習知技藝之末端效應器102,在晶圓轉移期間用於支撐一晶圓104。就圖解意圖而言,也展示出機械手臂106的一部分。
一般來說,在一連串晶圓轉移期間,該機械手臂首先移動末端效應器,以從晶圓儲藏卡匣或晶圓儲藏站拿起晶圓。一旦將晶圓定位在末端效應器上,則之後該機械手臂將移動該晶圓經過處理模組中之閘門而進入電漿處理模組。機械手臂之後將該末端效應器和該晶圓定位於晶圓座之上,並且之後將晶圓放在晶圓座上,以用於電漿處理。
為了確保恰當地處理該晶圓(由此確保可控制與可重複的製程結果),在電漿處理期間,需要將該晶圓放在晶圓座的中心。當機械手臂放置該晶圓於晶圓座時,如果末端效應器為完美地放在關於晶圓座的中心並且晶圓為完美地放在關於該末端效應器的中心,之後則該晶圓將完美地放在關於晶圓座的中心。
從機械控制器的觀點來看,為了晶圓佈置的目的,知道晶圓座的中心,以使該機械控制器能夠將末端效應器放置於晶圓座中心的上方係重要的。因此,對於任何給與之電漿處理模組,需要教導該機械控制器晶圓座和晶圓座中心的位置。換句話說,由於如機器化和/或製造和/或組件容許誤差的因素,造成每一個晶圓座定位於每個處理模組中可能有輕微地不同,故該機械控制器需要在它自己的座標系統中確定晶圓座和晶圓座中心的精確位置。
為了補正末端效應器/晶圓座的錯位,在校正中,典型的策略包含將機械手臂移動至由末端效應器所定義之中心(此處稱為『末端效應器中心』或『末端效應器定義中心』)實際與晶圓座中心對準的位置。為了完成末端效應器的校正,操作者必須能夠確定實際的末端效應器/晶圓座的對準位置。在習知技藝中,係利用安裝於晶圓座邊緣上或安裝至處理模組內部的一個製造機械配件,完成末端效應器中心對於晶圓座中心的對準。該機械配件具有一個關鍵特徵(實質上係針對該末端效應器的一中心突出物),其允許末端效應器置於校正配件的關鍵特徵正上方。由於該配件為放在關於晶圓座的中心,當末端效應器對著該配件的關鍵特徵放置時,該末端效應器中心將會被放在晶圓座的中心。典型地,係藉由一操作者對著關鍵特徵拉或推該末端效應器,完成末端效應器對照關鍵特徵之定位,以使末端效應器對著該關鍵特徵放置。
在操作者已經對著關鍵特徵定位好末端效應器之後,該操作者之後以機械控制系統登記機械手臂位置,以便該機械控制系統能在機械控制的座標系統中,記錄該機械手臂的位置以完成此實際末端效應器/晶圓座的校準。
生產期間,該機械手臂將末端效應器移動至與此末端效應器/晶圓座對準位置相關的座標。如果晶圓係放在關於末端效應器的中心,當用於晶圓處理之該晶圓係藉由機械手臂放在晶圓座上時,則此時末端效應器中心實際地對準該晶圓座中心的事實將使該晶圓被放在關於晶圓座的中心。
然而,就校正目的而言,對於放置末端效應器在相應的晶圓座中心,習知技藝技術具有些不利條件。首先,存在許多類型的晶圓座和處理模組。因此,為了利用機械配件方法以執行校正,必須製造和儲存許多不同的機械配件。另外,將可能具有一個以上堅硬金屬邊緣或表面的一個物理機械配件固定於晶圓座,可能會潛在地損壞該晶圓座。此外,如果於處理模組中已經實行一些電漿循環之後,才在該領域完成這個校正(例如:考量到隨著生產之運行,末端效應器可能不會放在相對應晶圓座之中心),則在晶圓座上,物理校正配件的安裝會引起在晶圓座上或靠近晶圓座之沉積粒子剝落而進入處理室。在一連串處理循環中,此種顆粒會構成粒子污染,此係所不欲的。
此外,因為在大氣壓力下執行校正,習知技藝校正技術可能無法有效地複製在生產期間存在的狀況。此係因為生產期間中,處理模組的元件可能放置於真空下,導致由於介於真空環境和周圍大氣之間壓力的不同,而引起一個以上元件偏移。由於該校正狀況無法忠實地複製該生產狀況,故可能無法準確的校正。
再者,如果將末端效應器定位在末端效應器/晶圓座對準位置係以手工執行(例如:包含操作者拉或推末端效應器以放置於機械配件的關鍵特徵上),當操作者釋放機械手臂而去以機械控制器登記此末端效應器/晶圓座對準位置時,機械手臂的位置可能會有偏移。這類偏移會因很多原因發生,包含例如除去機械馬達的能源。當機械手臂移開時,甚至對於機械操作者都察覺不出的小量偏移,可能導致在校正程序中的不精確。如果該校正程序為不精確的,可能發生在生產期間不精確的晶圓佈置,導致良率降低以及製造產品的剔除和/或失敗比率增加。
本發明係關於在一實施例中,於電漿處理系統中,用以校正一末端效應器關於一晶圓座之對準的方法。該方法包含將末端效應器定位於晶圓座上方和獲取晶圓座與末端效應器的靜止圖像。該方法包含處理該靜止圖像,以確定晶圓座中心和由末端效應器定義的末端效應器定義中心。該方法包含決定介於末端效應器定義中心和晶圓座中心的位置差距。該方法也包含提供一機械控制器該位置差距,以當末端效應器運輸晶圓時控制一機械機構而調節該位置差距。
上面內容僅係關於公開在此處之本發明許多實施例中的一實施例,而不是想要限制本發明的範圍,其係於本案之申請專利範圍中提出。本發明的這些與其他特徵將會於下面的實施方式中並結合如下圖式更詳細的描述。
參照如同伴隨圖式所說明的一些實施例,現在將詳細描述本發明。在接下來的描述中,為了提供本發明之徹底理解,將提出許多具體細節。然而,對於熟悉本技藝者顯而易見的,沒有一些或全部的這些具體細節,仍可實行本發明。在其他例子中,為了不要多餘地使本發明難以理解,則不詳細敘述熟知的程序步驟和/或結構。
於此,在下面將描述包含方法與技術之各式各樣實施例。應該要記住本發明可能也涵蓋製造物,其包含儲存電腦可讀指令之電腦可讀媒介,電腦可讀指令用於施行本發明技術之實施例。舉例來說,該電腦可讀媒介可包含半導體、磁性、光磁、光學或其他用於儲存電腦可讀編碼的電腦可讀媒介之形式。進一步地,本發明也涵蓋用於實行本發明實施例的設備。這樣的設備可能包含專用和/或可編程序的電路,以完成關於本發明實施例的任務。這樣設備之例子包含,適當地設計電腦程式之一般用途電腦和/或一專用電腦裝置,並且可能包含適合用於各式各樣關於本發明實施例的任務之電腦/計算裝置和專用/可編程序電路的結合。
本發明實施例係有關用於執行末端效應器校正的原位方法和設備,其不使用機械配件而不致遭受與習知技藝末端效應器校正方法相關的缺點。如同上述的,為了執行末端效應器校正,該末端效應器中心或該末端效應器定義中心(亦即,藉由末端效應器定義/決定的中心,其可能或未必為末端效應器的質量或幾何中心)需要與晶圓座中心校準。為了決定實際末端效應器/晶圓座的校準,習知技藝使用包含許多早先討論之不利條件的機械配件。
本發明一個以上的實施例中,係使用一種原位光學技術以決定實際的末端效應器/晶圓座校準位置。此決定程序產生資料,該資料可使機械控制器在生產期間移動機械手臂一必須量以補償末端效應器/晶圓座的錯位。
本發明一個以上的實施例中,當末端效應器和晶圓座係處於它們理論之末端效應器/晶圓座校準時(亦即,當機械控制器相信該末端效應器理論上位在關於晶圓座的中心時,末端效應器佔據之相對於晶圓座之位置),該原位光學末端效應器校正技術包含獲取末端效應器和晶圓座的靜止圖像。該末端效應器設有一個以上視覺指示器,而使處理單元能夠從獲取的靜止圖像,決定末端效應器定義中心。該晶圓座同樣地具有一個以上視覺指示器(例如:晶圓座周圍的廣泛地圓形輪廓),而使該處理單元能夠決定晶圓座的中心。
一旦末端效應器中心和晶圓座中心藉由處理單元決定後,將計算出介於這兩個中心之間的偏移(亦即,『差量』)。將末端效應器從理論的末端效應器/晶圓座校準位置,移動至實際的末端效應器/晶圓座校準位置所需的位置向量,則於之後計算得到。此位置向量則之後被提供至機械控制器處,以使機械控制器能夠補正末端效應器/晶圓座的錯位。
在一個以上的實施例中,在生產狀況下,末端效應器和晶圓座被放置於電漿處理室時,該原位光學技術使用可獲取末端效應器和晶圓座的光學影像之影像取得裝置(例如:攝影機和/或鏡頭)。換言之,在末端效應器校正程序中,電漿處理室所處之真空狀況實質上與存在於生產中之真空狀況相似。該攝影機和/或鏡頭可被放置於電漿處理室內部,或更好地在電漿處理室外部但具有光學通道(例如:通過一適當設計窗口或孔徑)至包含前述的視覺指示器之末端效應器和晶圓座的區域。藉由在本質上相同於生產期間經歷狀況的情況下執行校正,可實質消除因壓力差所引起之校正誤差。
本發明一個以上的實施例中,末端效應器設有一切割道。該切割道係定位在末端效應器上,如此一來在原位光學校正中,可從該切割道獲取一個靜止圖像。在一實施例中,在末端效應器上的該切割道係建構為圓的弧形,該弧形的中心與末端效應器定義中心一致。藉由確定該弧形與該圓的中心(該切割道/弧形係為該圓的一部分),應可決定末端效應器定義中心。然而,其他實施例中,可仔細考慮亦可使用任何替代的參考記號以導出末端效應器定義中心。
此外,在原位光學校正中,定位影像取得設備(攝影機和/或鏡頭),俾可獲取到部分或全部之晶圓座周圍或晶圓座之或上的視覺指示器之影像,而可用來推論晶圓座中心。如同在末端效應器的例子中,對於晶圓座應可設置一個以上的視覺指示器,以允許處理單元確定晶圓座中心。在一實施例中,晶圓座本身的外部周圍構成這樣所希望的視覺指示器。
藉由確定由晶圓座視覺指示器(例如:在一實施例之晶圓座圓形周圍)描述之圓,於實施例中之晶圓座中心應可被決定。如同之前提到的,一旦決定末端效應器中心和晶圓座中心後,應可決定該偏移(『差量』)並提供至機械控制系統,作為修正因素以補正末端效應器/晶圓座的錯位。
本發明的特徵與優點應可參照接下來的圖形與討論而更佳瞭解。
依照本發明的一實施例,圖2展示一電漿處理系統220的概要圖像,其圖解用於原位校正末端效應器(例如:在半導體裝置生產情況下的電漿處理系統220中)且不需要機械配件的原位光學末端效應器校正系統200之至少一部分的俯視圖。如在圖2所看見的,該原位光學末端效應器校正系統200包含末端效應器202,其具有切割記號204在其上。圖2例子中的切割記號204,為一弧形,代表圓的一部分,其中心與由末端效應器202定義的中心一致。圓中心的決定和與此圓相關之該弧形的切割係在熟悉本技藝者的技術範圍內。
圖2也展示一晶圓座206,表示該晶圓座在一處理模組內部。為了產生機械手臂控制系統222所需的校正向量,架構該原位光學末端效應器校正技術,以利用一原位光學方法決定晶圓座中心以及末端效應器定義中心。校正期間,一影像取得裝置250(例如:裝設在末端效應器202和晶圓座206上面之攝影機)可獲取至少一部分包含切割記號204之末端效應器202、與至少一部分晶圓座206的至少一張靜止圖像。注意到如果影像係從攝影機和/或鏡頭佈置的上頭拍攝,晶圓座206的一部分可能被隱藏在末端效應器202之下。
而且,一處理單元224(例如:包含於邏輯模組210內)能夠重建由晶圓座206的圓形周圍形成的圓,而且亦可決定該圓的中心(其代表晶圓座206的中心)。同樣地,處理單元224(例如:包含於邏輯模組210內)能夠重建切割道/弧形204為其中一部分的圓,而且也能決定該圓的中心。此圓藉由虛線圓212表示於在圖2中。
圖2也展示出末端效應器中心214,代表由前述的處理單元224決定的末端效應器202定義中心。也展示出一晶圓座中心216,代表晶圓座206的中心。則之後產生從末端效應器中心214至晶圓座中心216的差距向量218。由於末端效應器中心214代表理論末端效應器/晶圓座校準位置而晶圓座中心216代表實際末端效應器/晶圓座校準位置,則該位置差距向量218代表使末端效應器中心214對準晶圓座中心216所需要的修正量。當末端效應器中心214對準晶圓座中心216後,則完成實際的末端效應器/晶圓座校準。藉由提供此差距向量218至機械控制系統222,在生產中該機械控制系統222能夠使機械手臂從末端效應器中心214移動由位置差距向量218所提供的一段距離與方向,因此有效地修正末端效應器/晶圓座的錯位。
依照本發明之一實施例,圖3展示原位光學末端效應器校正方法的說明流程圖。舉例來說,該方法係藉由利用參照圖2實施例討論的一個以上組件而執行。步驟302中,藉由機械手臂將末端效應器移動至理論末端效應器/晶圓座之校準處,亦即,機械控制系統認為末端效應器已相對於晶圓座而理論上定心的位置。步驟304中,以關於圖2所討論的方式獲取末端效應器、末端效應器上的視覺指示器、以及晶圓座的一靜止圖像。
步驟306中,進行影像處理以取得在末端效應器上之視覺指示器(例如:前述的切割記號),以及決定由晶圓座的外部周圍形成的圓。為了協助處理單元,應可安裝攝影機和/或鏡頭,俾針對處理單元而最佳化光頻、照明條件、光圈、焦距、和/或視野等,以取得提供資料的視覺指示器而決定末端效應器中心和晶圓座中心。
在一實施例中,步驟308包含在圖像中沿著對比之畫素產生複數個資料點以及執行曲線擬合以重造所需之圓。這樣的影像處理技術與曲線擬合技術對於其他領域中熟悉本技藝者為熟知的,並且可以利用許多一般現成的處理單元套裝軟體(像是例如:用於CV-3002 Series Controller CV-H3N的Keyence通訊軟體,可自Keyence Corporation of Woodcliff Lake,NJ得到)完成。
步驟310中,由利用處理單元而從末端效應器視覺指示器(例如:切割道)所重造的圓中確定末端效應器定義中心。步驟312中,由利用處理單元而從晶圓座視覺指示器(例如:晶圓座的外部周圍)所重造的圓中確定晶圓座中心。步驟314中,決定從末端效應器中心至晶圓座中心的差距向量。步驟316中,提供該差距向量至機械控制系統,以使機械控制系統能夠在生產中將機械手臂移動,以補正末端效應器/晶圓座之錯位。
從前述的能了解到,本發明之實施例以實質上沒有與習知技術機械配件校正方法相關之缺點的方式而完成末端效應器校正。藉由執行原位校正,忠實地再製在生產期間的狀況,導致更精確的校正程序。舉例來說,這些狀況包括類似真空狀況和類似機械伺服機參數。由於不使用機械配件,就不同電漿處理模組而言,消除了與製造及保存大量不同機械校正配件的存貨相關之成本。此外,使用非接觸、非物理性之校正技術則排除校正相關之晶圓座損壞和校正相關之粒子污染的可能性,因而可在不使腔室和/或已製造之裝置承受風險的情況下,更頻繁的和/或在生產運行的中途執行校正。雖然在數個較佳實施例方面已經描述本發明,具有改變、變更、以及相等物之實施例均應包含在本發明範圍內。雖然在此提供各種實施例,係想要說明這些實施例而非限制本發明。
再者,此處為了方便而提供標題與內容,但不應該在此用為推斷申請專利的範圍。更者,摘要係以極度簡短形式所撰寫並且在此係為了方便而提供,因此不應被用為推斷或限制整體發明,該發明係陳述在申請專利範圍中。如果本文中使用了術語『組』,這樣的術語係想要具有其一般地可理解之數學意義以涵蓋零、一、或超過一個構件。也應該注意到有很多本發明之設備和執行方法的替代方式。因此,接下來附加的申請專利範圍應被解讀為包含落於本發明的範圍與真實精神裡頭的所有此等改變、變更、以及相等物。
102...末端效應器
104...晶圓
106...機械手臂
200...原位光學末端效應器校正系統
202...末端效應器
204...切割記號
206...晶圓座
210...邏輯模組
212...虛線圓
214...末端效應器中心
216...晶圓座中心
218...差距向量
220...電漿處理系統
222...機械控制器
224...處理單元
250...影像取得裝置
302...步驟
304...步驟
306...步驟
308...步驟
310...步驟
314...步驟
316...步驟
本發明係藉由伴隨圖式中的例子加以說明,其並非限制性,並且其中相似元件具有類似參考符號,而其中:
圖1展示一典型習知技藝在晶圓轉移期間,用於支持一晶圓之末端效應器;
圖2展示依照本發明之實施例,一電漿處理系統之概要圖像,說明用以原位校正末端效應器之一原位光學末端效應器校正系統的至少一部分之俯視圖;
圖3展示依照本發明之實施例,用於原位光學末端效應器校正方法的說明流程圖。
200...原位光學末端效應器校正系統
220...電漿處理系統
202...末端效應器
204...切割記號
206...晶圓座
222...機械控制器
224...處理單元
210...邏輯模組
212...虛線圓
214...末端效應器中心
216...晶圓座中心
218...差距向量
Claims (20)
- 一種校正方法,用以於電漿處理系統中校正一末端效應器對於一晶圓座之對準,該方法包含:定位該末端效應器於該晶圓座之上;獲取該晶圓座和該末端效應器的一靜止圖像;處理該靜止圖像以確定該晶圓座之一中心和由該末端效應器定義之一末端效應器定義中心;決定介於該末端效應器定義中心和該晶圓座的中心之間的位置差距;以及提供該位置差距至一機械控制器,以使該機械控制器能夠在該末端效應器傳輸一晶圓時,控制一機械機構,以調整該位置差距。
- 如申請專利範圍第1項之校正方法,更包含設置一第一視覺指示器在該末端效應器上,用以使一處理單元能夠從該靜止圖像決定該末端效應器定義中心,該第一視覺指示器代表用於導出該末端效應器定義中心的一參考記號。
- 如申請專利範圍第2項之校正方法,其中該第一視覺指示器係一切割道,該切割道建構為一圓的一弧形,俾使該圓之中心與該末端效應器定義中心一致。
- 如申請專利範圍第1項之校正方法,更包含設置一第一視覺指示器在該晶圓座上,用以使一處理單元能夠從該靜止圖像決定該晶圓座的中心,該第一視覺指示器用於確定由該第一視覺指示器所描繪之圓,因此使該晶圓座的中心能夠被決定。
- 如申請專利範圍第4項之校正方法,其中該第一視覺指示器為該晶圓座之一外部周圍。
- 如申請專利範圍第1項之校正方法,更包含使用一影像取得裝置獲取該晶圓座和該末端效應器的該靜止圖像,如此可於至少包含真空狀況之生產狀況中校正該末端效應器和該晶圓座。
- 如申請專利範圍第6項之校正方法,其中該影像取得裝置的至少一部分係於電漿處理室內部實行。
- 如申請專利範圍第1項之校正方法,更包含透過一光學通道而取得該靜止圖像,該光學通道允許該靜止圖像包含該末端效應器之一第一視覺指示器之一圖像的至少一部分與該晶圓座之一第一視覺指示器之一圖像的至少一部分兩者;該末端效應器之該第一視覺指示器代表用以導出該末端效應器定義中心之一參考記號,以及該晶圓座之該第一視覺指示器用於確定由該晶圓座之該第一視覺指示器所描繪之圓。
- 一種末端效應器校正系統,用以於電漿處理系統中校正一末端效應器對於一晶圓座之對準,該系統包含:一影像取得裝置,該影像取得裝置用以獲取該晶圓座和該末端效應器至少一者的一個以上靜止圖像;一處理單元,用於至少執行下列步驟:處理該一個以上靜止圖像,以確定該末端效應器定義中心和該晶圓座之中心;決定介於該末端效應器定義中心和該晶圓座之中心之間的一位置差距;以及一機械控制器,該機械控制器用以利用該位置差距,使一機械手臂能夠調整該位置差距。
- 如申請專利範圍第9項之末端效應器校正系統,其中該末端效應器設有一第一視覺指示器,藉此使該處理單元能夠從該一個以上靜止圖像決定該末端效應器定義中心,該第一視覺指示器代表 用以導出該末端效應器定義中心之一參考記號。
- 如申請專利範圍第10項之末端效應器校正系統,其中該第一視覺指示器係一切割道,該切割道建構為一圓的一弧形,俾使該圓之中心與該末端效應器定義中心一致。
- 如申請專利範圍第9項之末端效應器校正系統,其中該晶圓座設有一第一視覺指示器,藉此使該處理單元能夠從該一個以上靜止圖像決定該晶圓座中心,該第一視覺指示器用於確定由該第一視覺指示器所描繪之圓,因此使該晶圓座的中心能夠被決定。
- 如申請專利範圍第12項之末端效應器校正系統,其中該第一視覺指示器為該晶圓座至少一者的一外部周圍。
- 如申請專利範圍第9項之末端效應器校正系統,其中該影像取得裝置的至少一部分係於電漿處理室內部實行。
- 如申請專利範圍第9項之末端效應器校正系統,其中該一個以上靜止圖像係透過一光學通道而獲取,該光學通道允許該一個以上靜止圖像包含該末端效應器之一第一視覺指示器之一圖像的至少一部分與該晶圓座之一第一視覺指示器之一圖像的至少一部分兩者;該末端效應器之該第一視覺指示器代表用以導出該末端效應器定義中心之一參考記號,以及該晶圓座之該第一視覺指示器用於確定由該晶圓座之該第一視覺指示器所描繪之圓。
- 一種電漿處理系統,用於執行一末端效應器對於一晶圓座之對準校正,其中該末端效應器建構為可在該晶圓座上方移動,該電漿處理系統包含:一光學成像系統,該光學成像系統用以取得該晶圓座和該末端效應器至少一者的一個以上靜止圖像; 一處理單元,該處理單元用以確定該晶圓座中心和該末端效應器定義中心;一邏輯模組,該邏輯模組用以決定介於該末端效應器定義中心和該晶圓座中心之間的一位置差距;以及一機械控制器,該機械控制器用以利用該位置差距,使一機械手臂能夠調整該位置差距。
- 如申請專利範圍第16項之電漿處理系統,其中該末端效應器設有一第一視覺指示器,藉此使該處理單元能夠從該一個以上靜止圖像決定該末端效應器定義中心,該第一視覺指示器代表用以導出該末端效應器定義中心之一參考記號。
- 如申請專利範圍第16項之電漿處理系統,其中該晶圓座設有一第一視覺指示器,藉此使該處理單元能夠從該一個以上靜止圖像決定該晶圓座中心,該第一視覺指示器用於確定由該第一視覺指示器所描繪之圓,因此使該晶圓座的中心能夠被決定。
- 如申請專利範圍第16項之電漿處理系統,其中該光學成像系統的至少一部分係於電漿處理室內部實行。
- 如申請專利範圍第16項之電漿處理系統,其中該一個以上靜止圖像係透過一光學通道而獲取,該光學通道允許該一個以上靜止圖像包含該末端效應器之一第一視覺指示器之一圖像的至少一部分與該晶圓座之一第一視覺指示器之一圖像的至少一部分兩者;該末端效應器之該第一視覺指示器代表用以導出該末端效應器定義中心之一參考記號,以及該晶圓座之該第一視覺指示器用於確定由該晶圓座之該第一視覺指示器所描繪之圓。
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