JP2719332B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、基体のプラズマ処理方法に係り、サイドエ
ッチングの少ない異方性ドライエッチングに好適なプラ
ズマ処理方法に関する。 (従来の技術) 半導体基板に精度の高いエッチング加工を効率良く実
施することは、超LSI製造には必須の技術であって、ア
ンダカットの少ない異方性エッチングに関する各種の新
しい技術が開発研究されており、特に試料台上の被エッ
チング基板の冷却方法若しくは装置に関しては特願昭59
−11945号及び特願昭61−260738号が先行技術として出
願されている。 (発明が解決しようとする問題点) 上記先願技術のうち前者は、冷却機構としてヒートパ
イプを使用して基板を摂氏マイナス数十度以下の温度に
冷却してサイドエッチングを防止する表面反応制御であ
るが、温度制御可能範囲は、−196〜160℃で制御範囲が
狭いという問題点があった。また後者は前者の問題点を
解決する手段としてヒートパイプにヒータを併用するこ
とによって試料台を冷却制御するものである。本発明は
上記の先願技術を利用すると共にさらに試料台と基板の
間の吸熱能力を増加させ、エッチング時に発生する熱を
効率的に吸収することにより、0〜−196℃の範囲で各
基板材料、エッチングガスに対して最適の温度を設定す
べく、温度範囲の拡大と並行して設定温度の精度向上が
可能な試料冷却機構を備えた、サイドエッチングの少な
い異方性ドライエッチングに好適なプラズマ処理方法を
提供することを目的としている。 (問題点を解決するための手段) 上記の目的は、真空室内に配置され、液化ガスを導入
して冷却容器上の試料台にヒータを配備し、前記液化ガ
スの液面高さの制御によって温度を調節し、試料台と基
板の接触熱抵抗を減少する手段を設けることによって達
成される。また前記試料台の低温制御手段は、低温ガス
の導入若しくはペルチェ素子を配備してもよい。すなわ
ち、本願発明は、基体を設置する台と、前記台を加熱す
ることにより前記基体を加熱する手段と、前記台に接続
され、前記基体の熱を放出するための放熱フィンと、前
記放熱フィンを浸漬させて、前記放熱フィンからの熱を
放出させる液化ガスと、前記液化ガスを収容する液化ガ
ス容器と、前記液化ガス容器外から前記液化ガス容器内
に前記液化ガスを補給する手段とを有する装置を用い、
前記液化ガスを補給する手段により前記液化ガス容器内
に液化ガスを補給し、前記液化ガス容器内の液化ガスの
液面高さを調整して前記放熱フィンとの接触面積のコン
トロールにより前記試料台を冷却すると共に、前記試料
台加熱手段による前記試料台の加熱により、前記基体を
所定の温度に調整保持し、前記基体をプラズマに曝して
エッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法であ
る。 なお、以下の実施例において基板と記載した処理対象
物は、各半導体の領域を形成する基礎となる部分をすな
わち基体を意味する。 (作用) エッチングに伴って発生する熱は、ヒータの併用と、
冷却容器内の液化ガスの液面制御により、例えば−150
℃という比較的低温領域に基板を温度制御するときは、
液化ガスの液面を高くし、逆に0℃という比較的高温領
域に基板を温度制御するときは液化ガスの液面を低くす
る。試料台と基板の接触熱抵抗を減ずる手段により、試
料台の吸熱能力が増大し、その広範囲の温度調節が可能
となる。低温ガスを使用する場合は、加熱ヒータの電流
制御と低温ガスの流量のコントロールを行い、ペルチェ
素子の場合は、電流を変化させることによって、基板は
真空内の断熱条件下で、0〜−180℃の範囲で選択的に
温度制御がなされる。 (実施例) 以下本発明の実施例を図面と共に説明する。 <第1実施例> 第1図は本発明に係るプラズマ処理方法に係る一実施
例を示す図で、真空室1内に設けた液化ガス容器4は熱
伝導性の良いフィンが多数配設されており、別に設けた
補給器9から供給ホース10を経由しさらに供給パイプ8
を介して液化ガス12が液化ガス容器4内に導入され、液
面センサ11の信号により、自動的に液化ガス12が液化ガ
ス容器4内に補給され液面制御するように構成されてい
る。また液化ガス容器4自体は矢印5u、5dの方向に移動
可能なフランジ6と係設されている。試料台2内にヒー
タ13が配設され、基板3は液化ガス12とヒータ13で熱的
バランスをとりつつ温度を熱電対14でモニタし、この信
号を受け取った温調器15がヒータ13の電力を制御する。 試料台2と係設したフランジ6は、ベローズ16を介し
て真空室1と結合しており、エッチングの際は矢印5u方
向に移動することにより第2図に示すように、固定リン
グ17に基板3が強く押圧され、基板3と試料台2の接触
面積が増加し接触熱抵抗が減少することによって熱伝導
効果が増し、液化ガスによる基板3に対する冷却能力が
増大する。エッチングは試料台2と上部電極18との間に
高周波電圧を印加することによって行われる。 また真空室1の側面には、バルブ19を介して試料導入
室20が設けられており、真空室1を大気に開放すること
なく、基板3の交換が可能な構造となっている。 <第2実施例> 第3図に本発明の第2実施例を示す。同図は試料台2
と基板3との中間に軟質薄板21を介在させることによ
り、基板3と試料台2との熱接触が増加(接触熱抵抗は
減少)するものであって、これによって基板の温度を高
精度に制御することが可能である。軟質薄板材としては
エッチングの際、異物混入の弊害のないテフロン、シリ
コンゴム等が好ましい。押えリング17は、バネ22を介し
て真空室1に固定されており液化ガス容器4の矢印5u方
向へ押圧するための移動距離で押圧力を調整できるよう
に構成されている。 <第3実施例> 第4図に本発明の第3実施例を示す。これは試料台2
の試料取付け面を上に凸なる円弧状に形成し、この上に
前記軟質薄板21を中間にはさんで基板3を配置したもの
である。液化ガス容器4を矢印5uの方向に移動させ、固
定リング17と基板3の外周縁が接触し押圧されることに
より、基板3は弧状に変形し試料台2と密着する。これ
によって基板3と試料台2との熱接触が増加(接触熱抵
抗は減少)しエッチングの際に発生する熱は、効率良く
液化ガスの方向へ移行し基板3の温度を高精度に制御す
ることができる。 <第4実施例> 第5図に本発明第4実施例を示す。この実施例は特に
基板3を低温に保持するためのもので、試料台裏面24が
常時液化ガス4と接触するように、液化ガスの液面が試
料台裏面24よりも高い位置を占めるように構成したもの
である。これによってエッチング熱は容易に液化ガス12
に移行し、基板3を低温に保持することが可能となっ
た。 <第5実施例> 第6図は本発明の低温ガスを使用した実施例を示す図
で、真空容器1内に配置された試料台2上に基板3が配
置されており、その下方に冷却ブロック34が設置されて
いる。冷却ブロック34内には多数のフィン35が配置され
ており、パイプ36を経て導入された低温ガスが基板3か
ら熱を奪う。冷却用ガス(例えば乾燥窒素ガス)はボン
ベ37に貯蔵されており、配管38内を通って冷却ブロック
37に導入される。液化ガス39を収容した容器40内を通過
しここで室温の前記ガスは冷却されて低温となる。真空
室1内の上部電極18と試料台2の間に高周波電圧が印加
され、エッチングが行われる。この時発生する熱のため
基板3の温度が上昇すると、熱電対14で計測し計測信号
を温調器15が受信し、低温ガスの流量弁45を開放して低
温ガスの流量を増し、冷却ブロック34の冷却能力を高め
基板3の温度を低温に維持する。第7図は第6図実施例
の試料台2にヒータ13を組み込んだもので、冷却ガスの
流量を一定にしておき、ヒータ13の電流値を変化させる
ことによって、試料台2の温度制御を行うものである。 <第6実施例> 第8図に本発明の第6の実施例を示す。冷却ブロック
34内には冷凍器55から送られた冷却ガス(例えばフレオ
ン)の流路50が構成されており、ここでエッチングの際
発生する熱との熱交換が行われる。基板3の温度は熱電
対14によって検出され、入熱があったときも基板3の温
度が一定となるように、熱電対14の信号により、冷凍器
55の制御を行うように構成されている。冷却ガスは冷却
ブロック34内での熱交換後冷凍器55へ戻り冷却される。 <第7実施例> 第9図に本発明のペルチェ素子を使用した実施例を示
す。試料台2の下部にペルチェ素子51が配設されてお
り、これを駆動する電流値を変化させることによって熱
の吸熱能力を可変とし、さらに印加電流の向きを逆にす
ることによって、選択的に加熱と冷却の両操作を行うこ
とができる。ペルチェ素子はコントローラ52で基板3の
温度が一定になるように制御されている。基板3の温度
は熱電対14で計測されており、ペルチェ素子51の下方に
は基板3から吸収した熱を大気中に放散させる目的でフ
ァン53を設け、矢印5u方向に送風するように構成されて
いる。本実施例を用いて基板の温度制御を実施した結果
20〜−120℃の範囲で±3℃の精度に制御が可能であっ
た。特にエッチング時50ワットの入熱が基板3にあった
場合でも、オーバシュート値は5℃内外に過ぎず、概ね
10秒で元の設定温度に制御することができた。また基板
にSiウェハを使用してエッチングを行ったところ、−80
〜−120℃が最適温度であることが判明した。 上記の各実施例による発明者等の実験を総合すると、
基板の温度は、30〜−150℃の範囲で±3℃の精度に制
御されることができ、また基板3を−50℃以上の比較的
高温域での温度制御に当って液化ガスの液面を低くする
ことで、ヒータの入力電力が100W、液化ガスとして使用
した液体窒素の消費量が30cm3/分と小さい値を示した。
またこれらの実施例で使用したSiウェハにプラズマエッ
チングを実施したところ−80〜−120℃の間で良好なエ
ッチングができ、この温度領域がシリコンの低温エッチ
ングの温度としては最適であると判定された。 上記を要約すると、本発明の主体は液化ガスの液面制
御による熱抵抗の増減と、基板と試料台との接触熱抵抗
の減少を図る手段を有することを特徴とするプラズマ処
理方法である。 (発明の効果) 本発明の実施に伴う液化ガスの液面制御とその容器の
真空室内への配置及び力学的荷重を被エッチング基板外
縁に負荷して前記基板を試料台に密着させることによ
り、少ない液化ガス量とヒータ電力で高精度に温度制御
される効果、サイドエッチングがなく、深さ方向のみの
エッチングが可能となり被エッチング基板の製造原価の
低減と信頼性の向上に顕著な効果を奏した。
ッチングの少ない異方性ドライエッチングに好適なプラ
ズマ処理方法に関する。 (従来の技術) 半導体基板に精度の高いエッチング加工を効率良く実
施することは、超LSI製造には必須の技術であって、ア
ンダカットの少ない異方性エッチングに関する各種の新
しい技術が開発研究されており、特に試料台上の被エッ
チング基板の冷却方法若しくは装置に関しては特願昭59
−11945号及び特願昭61−260738号が先行技術として出
願されている。 (発明が解決しようとする問題点) 上記先願技術のうち前者は、冷却機構としてヒートパ
イプを使用して基板を摂氏マイナス数十度以下の温度に
冷却してサイドエッチングを防止する表面反応制御であ
るが、温度制御可能範囲は、−196〜160℃で制御範囲が
狭いという問題点があった。また後者は前者の問題点を
解決する手段としてヒートパイプにヒータを併用するこ
とによって試料台を冷却制御するものである。本発明は
上記の先願技術を利用すると共にさらに試料台と基板の
間の吸熱能力を増加させ、エッチング時に発生する熱を
効率的に吸収することにより、0〜−196℃の範囲で各
基板材料、エッチングガスに対して最適の温度を設定す
べく、温度範囲の拡大と並行して設定温度の精度向上が
可能な試料冷却機構を備えた、サイドエッチングの少な
い異方性ドライエッチングに好適なプラズマ処理方法を
提供することを目的としている。 (問題点を解決するための手段) 上記の目的は、真空室内に配置され、液化ガスを導入
して冷却容器上の試料台にヒータを配備し、前記液化ガ
スの液面高さの制御によって温度を調節し、試料台と基
板の接触熱抵抗を減少する手段を設けることによって達
成される。また前記試料台の低温制御手段は、低温ガス
の導入若しくはペルチェ素子を配備してもよい。すなわ
ち、本願発明は、基体を設置する台と、前記台を加熱す
ることにより前記基体を加熱する手段と、前記台に接続
され、前記基体の熱を放出するための放熱フィンと、前
記放熱フィンを浸漬させて、前記放熱フィンからの熱を
放出させる液化ガスと、前記液化ガスを収容する液化ガ
ス容器と、前記液化ガス容器外から前記液化ガス容器内
に前記液化ガスを補給する手段とを有する装置を用い、
前記液化ガスを補給する手段により前記液化ガス容器内
に液化ガスを補給し、前記液化ガス容器内の液化ガスの
液面高さを調整して前記放熱フィンとの接触面積のコン
トロールにより前記試料台を冷却すると共に、前記試料
台加熱手段による前記試料台の加熱により、前記基体を
所定の温度に調整保持し、前記基体をプラズマに曝して
エッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法であ
る。 なお、以下の実施例において基板と記載した処理対象
物は、各半導体の領域を形成する基礎となる部分をすな
わち基体を意味する。 (作用) エッチングに伴って発生する熱は、ヒータの併用と、
冷却容器内の液化ガスの液面制御により、例えば−150
℃という比較的低温領域に基板を温度制御するときは、
液化ガスの液面を高くし、逆に0℃という比較的高温領
域に基板を温度制御するときは液化ガスの液面を低くす
る。試料台と基板の接触熱抵抗を減ずる手段により、試
料台の吸熱能力が増大し、その広範囲の温度調節が可能
となる。低温ガスを使用する場合は、加熱ヒータの電流
制御と低温ガスの流量のコントロールを行い、ペルチェ
素子の場合は、電流を変化させることによって、基板は
真空内の断熱条件下で、0〜−180℃の範囲で選択的に
温度制御がなされる。 (実施例) 以下本発明の実施例を図面と共に説明する。 <第1実施例> 第1図は本発明に係るプラズマ処理方法に係る一実施
例を示す図で、真空室1内に設けた液化ガス容器4は熱
伝導性の良いフィンが多数配設されており、別に設けた
補給器9から供給ホース10を経由しさらに供給パイプ8
を介して液化ガス12が液化ガス容器4内に導入され、液
面センサ11の信号により、自動的に液化ガス12が液化ガ
ス容器4内に補給され液面制御するように構成されてい
る。また液化ガス容器4自体は矢印5u、5dの方向に移動
可能なフランジ6と係設されている。試料台2内にヒー
タ13が配設され、基板3は液化ガス12とヒータ13で熱的
バランスをとりつつ温度を熱電対14でモニタし、この信
号を受け取った温調器15がヒータ13の電力を制御する。 試料台2と係設したフランジ6は、ベローズ16を介し
て真空室1と結合しており、エッチングの際は矢印5u方
向に移動することにより第2図に示すように、固定リン
グ17に基板3が強く押圧され、基板3と試料台2の接触
面積が増加し接触熱抵抗が減少することによって熱伝導
効果が増し、液化ガスによる基板3に対する冷却能力が
増大する。エッチングは試料台2と上部電極18との間に
高周波電圧を印加することによって行われる。 また真空室1の側面には、バルブ19を介して試料導入
室20が設けられており、真空室1を大気に開放すること
なく、基板3の交換が可能な構造となっている。 <第2実施例> 第3図に本発明の第2実施例を示す。同図は試料台2
と基板3との中間に軟質薄板21を介在させることによ
り、基板3と試料台2との熱接触が増加(接触熱抵抗は
減少)するものであって、これによって基板の温度を高
精度に制御することが可能である。軟質薄板材としては
エッチングの際、異物混入の弊害のないテフロン、シリ
コンゴム等が好ましい。押えリング17は、バネ22を介し
て真空室1に固定されており液化ガス容器4の矢印5u方
向へ押圧するための移動距離で押圧力を調整できるよう
に構成されている。 <第3実施例> 第4図に本発明の第3実施例を示す。これは試料台2
の試料取付け面を上に凸なる円弧状に形成し、この上に
前記軟質薄板21を中間にはさんで基板3を配置したもの
である。液化ガス容器4を矢印5uの方向に移動させ、固
定リング17と基板3の外周縁が接触し押圧されることに
より、基板3は弧状に変形し試料台2と密着する。これ
によって基板3と試料台2との熱接触が増加(接触熱抵
抗は減少)しエッチングの際に発生する熱は、効率良く
液化ガスの方向へ移行し基板3の温度を高精度に制御す
ることができる。 <第4実施例> 第5図に本発明第4実施例を示す。この実施例は特に
基板3を低温に保持するためのもので、試料台裏面24が
常時液化ガス4と接触するように、液化ガスの液面が試
料台裏面24よりも高い位置を占めるように構成したもの
である。これによってエッチング熱は容易に液化ガス12
に移行し、基板3を低温に保持することが可能となっ
た。 <第5実施例> 第6図は本発明の低温ガスを使用した実施例を示す図
で、真空容器1内に配置された試料台2上に基板3が配
置されており、その下方に冷却ブロック34が設置されて
いる。冷却ブロック34内には多数のフィン35が配置され
ており、パイプ36を経て導入された低温ガスが基板3か
ら熱を奪う。冷却用ガス(例えば乾燥窒素ガス)はボン
ベ37に貯蔵されており、配管38内を通って冷却ブロック
37に導入される。液化ガス39を収容した容器40内を通過
しここで室温の前記ガスは冷却されて低温となる。真空
室1内の上部電極18と試料台2の間に高周波電圧が印加
され、エッチングが行われる。この時発生する熱のため
基板3の温度が上昇すると、熱電対14で計測し計測信号
を温調器15が受信し、低温ガスの流量弁45を開放して低
温ガスの流量を増し、冷却ブロック34の冷却能力を高め
基板3の温度を低温に維持する。第7図は第6図実施例
の試料台2にヒータ13を組み込んだもので、冷却ガスの
流量を一定にしておき、ヒータ13の電流値を変化させる
ことによって、試料台2の温度制御を行うものである。 <第6実施例> 第8図に本発明の第6の実施例を示す。冷却ブロック
34内には冷凍器55から送られた冷却ガス(例えばフレオ
ン)の流路50が構成されており、ここでエッチングの際
発生する熱との熱交換が行われる。基板3の温度は熱電
対14によって検出され、入熱があったときも基板3の温
度が一定となるように、熱電対14の信号により、冷凍器
55の制御を行うように構成されている。冷却ガスは冷却
ブロック34内での熱交換後冷凍器55へ戻り冷却される。 <第7実施例> 第9図に本発明のペルチェ素子を使用した実施例を示
す。試料台2の下部にペルチェ素子51が配設されてお
り、これを駆動する電流値を変化させることによって熱
の吸熱能力を可変とし、さらに印加電流の向きを逆にす
ることによって、選択的に加熱と冷却の両操作を行うこ
とができる。ペルチェ素子はコントローラ52で基板3の
温度が一定になるように制御されている。基板3の温度
は熱電対14で計測されており、ペルチェ素子51の下方に
は基板3から吸収した熱を大気中に放散させる目的でフ
ァン53を設け、矢印5u方向に送風するように構成されて
いる。本実施例を用いて基板の温度制御を実施した結果
20〜−120℃の範囲で±3℃の精度に制御が可能であっ
た。特にエッチング時50ワットの入熱が基板3にあった
場合でも、オーバシュート値は5℃内外に過ぎず、概ね
10秒で元の設定温度に制御することができた。また基板
にSiウェハを使用してエッチングを行ったところ、−80
〜−120℃が最適温度であることが判明した。 上記の各実施例による発明者等の実験を総合すると、
基板の温度は、30〜−150℃の範囲で±3℃の精度に制
御されることができ、また基板3を−50℃以上の比較的
高温域での温度制御に当って液化ガスの液面を低くする
ことで、ヒータの入力電力が100W、液化ガスとして使用
した液体窒素の消費量が30cm3/分と小さい値を示した。
またこれらの実施例で使用したSiウェハにプラズマエッ
チングを実施したところ−80〜−120℃の間で良好なエ
ッチングができ、この温度領域がシリコンの低温エッチ
ングの温度としては最適であると判定された。 上記を要約すると、本発明の主体は液化ガスの液面制
御による熱抵抗の増減と、基板と試料台との接触熱抵抗
の減少を図る手段を有することを特徴とするプラズマ処
理方法である。 (発明の効果) 本発明の実施に伴う液化ガスの液面制御とその容器の
真空室内への配置及び力学的荷重を被エッチング基板外
縁に負荷して前記基板を試料台に密着させることによ
り、少ない液化ガス量とヒータ電力で高精度に温度制御
される効果、サイドエッチングがなく、深さ方向のみの
エッチングが可能となり被エッチング基板の製造原価の
低減と信頼性の向上に顕著な効果を奏した。
【図面の簡単な説明】
第1、2図は本発明に係るプラズマ処理方法の一実施例
を示す図、第3〜9図は本発明の他の実施例を示す図で
ある。 1……真空室、2……試料台 3……基板、4……液化ガス容器 7……フィン、11……液面センサ 12……液化ガス、13……ヒータ 14……熱電対、15……調温器 16……ベローズ、17……固定リング 21……軟質薄板、22……バネ 34……冷却ブロック、37……ボンベ 51……ペルチェ素子、52……コントローラ
を示す図、第3〜9図は本発明の他の実施例を示す図で
ある。 1……真空室、2……試料台 3……基板、4……液化ガス容器 7……フィン、11……液面センサ 12……液化ガス、13……ヒータ 14……熱電対、15……調温器 16……ベローズ、17……固定リング 21……軟質薄板、22……バネ 34……冷却ブロック、37……ボンベ 51……ペルチェ素子、52……コントローラ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 向 喜一郎
国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式
会社日立製作所中央研究所内
(72)発明者 大黒 崇弘
土浦市神立町502番地 株式会社日立製
作所機械研究所内
(72)発明者 木枝 茂和
土浦市神立町502番地 株式会社日立製
作所機械研究所内
(56)参考文献 特開 昭61−103530(JP,A)
特開 昭61−76674(JP,A)
特開 昭51−123944(JP,A)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.基体を設置する台と、 前記台を加熱することにより前記基体を加熱する手段
と、 前記台に接続され、前記基体の熱を放出するための放熱
フィンと、 前記放熱フィンを浸漬させて、前記放熱フィンからの熱
を放出させる液化ガスと、 前記液化ガスを収容する液化ガス容器と、 前記液化ガス容器外から前記液化ガス容器内に前記液化
ガスを補給する手段とを有する装置を用い、 前記液化ガスを補給する手段により前記液化ガス容器内
に液化ガスを補給し、 前記液化ガス容器内の液化ガスの液面高さを調整して前
記放熱フィンとの接触面積のコントロールにより前記試
料台を冷却すると共に、 前記試料台加熱手段による前記試料台の加熱により、 前記基体を所定の温度に調整保持し、 前記基体をプラズマに曝してエッチングすることを特徴
とするプラズマ処理方法。 2.前記所定の温度は、30℃以下−150℃以上であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプラズマ処
理方法。 3.前記所定の温度は、−80℃以下−120℃以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプラズマ
処理方法。 4.前記基体は、シリコン基体であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項〜第3項の何れかに記載のプラズ
マ処理方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62125809A JP2719332B2 (ja) | 1987-05-25 | 1987-05-25 | プラズマ処理方法 |
US07/192,178 US4956043A (en) | 1987-05-25 | 1988-05-10 | Dry etching apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62125809A JP2719332B2 (ja) | 1987-05-25 | 1987-05-25 | プラズマ処理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63291423A JPS63291423A (ja) | 1988-11-29 |
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-
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