JPH04158363A - パターン形成用レジスト材料 - Google Patents

パターン形成用レジスト材料

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JPH04158363A
JPH04158363A JP2285465A JP28546590A JPH04158363A JP H04158363 A JPH04158363 A JP H04158363A JP 2285465 A JP2285465 A JP 2285465A JP 28546590 A JP28546590 A JP 28546590A JP H04158363 A JPH04158363 A JP H04158363A
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JP
Japan
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alkali
compound
acid
solubility
group
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Pending
Application number
JP2285465A
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English (en)
Inventor
Shigeru Kubota
繁 久保田
Teruhiko Kumada
輝彦 熊田
Sachiko Tanaka
祥子 田中
Hideo Horibe
堀辺 英夫
Yuji Hizuka
裕至 肥塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 本発明は高精度の微細パターン形成用レジスト材料に関
するものである。
[従来の技術] 半導体素子等の微細加工のためのパターニングは主とし
て写真製版法により行われている。
この際放射線等の活性光線に感光するレジストが広く利
用され、従来この様な材料として、放射線の照射により
分解する材料や、あるいは放射線の照射により硬化する
化合物がレジスト材料として使用されてきた。
しかしながら、これらの化合物は逐次型の反応だけが起
こり、照射エネルギーで反応するため、その効率は極め
て低く、大幅な怒度向上は望めないことが多い。
近年、この様な問題点を解決するため、いわゆる化学反
応増幅機構の考えに基づくレジストが検討されている。
これは、光の照射により発生する酸を触媒として、化学
反応を光取外に熱的に促進させる手法である。この手法
では、光の照射量は触媒量の酸を発生させるだけで足り
ることになり、極めて高感度化が達成できることになる
。
例えば、特開昭59−45439号に示された方法にお
いては、酸に対して不安定な基を側蓋に有する重合体を
使用し、光照射により発生した酸でアルカリ可溶性の官
能基を発生させる手法を用いている。
一方、レジスト材料に要求される特性は近年著しく高度
になり、単一の高分子化合物でレジストを構成するだけ
では全ての特性を満たすことは到底できない、そのため
、各種の特性を数種に分担するためのいくつかの材料を
併用する多元系レジストに関するものも多数提案されて
いる。
例えば、Polymer Enginering 5c
ience 26巻110I頁(1986)に記載され
ているノボラック樹脂、メラミン樹脂及び酸発生剤から
なるレジストや、特開平1−10640号に記載されて
いるノボラック樹脂、アセタール化合物及び酸発生剤か
らなるレジストなどが提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上述の前者のレジスト材料は、その側鎖
の官能基がアルカリ不溶のため疎水性を有しており、基
板との密着性が乏しく、現像時のレジスト剥がれ等が発
生し、良好なパターニング性が望めない。
そしてこれらはネガ型の感光性を有しており、現像液に
よる膨潤等が発生し、解像度の向上が望めない。
後者の場合は、ポジ型のため膨潤は避けられるが、未露
光部がある程度熔解するため、現像時の膜べりが発生し
易く、解像度の低下、パターン精度低下等の問題が免か
れない。
本発明は上記のような従来技術の問題点を解決するため
になされたもので、放射線に対する高い感度と露光され
た部分だけが忠実に現像液に溶解し、しかも、上述の密
着性を向上させるとともに、未露光部の現像液への溶解
が殆んど起こらないポジ型パターン形成用レジスト材料
を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、アルカリ可溶性を
与える官能基の5〜50%が、酸または塩基により分解
される保護基で保護されてなるアルカリ可溶性の高分子
化合物(a)と、放射線の照射により酸または塩基を発
生する化合物(b)とからなる組成物、及びアルカリ可
溶性を与える官能基の5〜50%が、酸または塩基によ
り分解される保護基で保護されてなるアルカリ可溶性高
分子化合物(a)と、放射線の照射により酸または塩基
を発生する化合物伽)と、及び酸または塩基により分解
してアルカリ可溶性になる化合物(c)とからなる組成
物が、パターン形成用の材料として上記問題を解決する
上で有用であることを見いだした。
〔作 用〕
本発明においては、上述のアルカリ可溶性を与える官能
基の5〜50%が酸または塩基により分解される保護基
で保護されているアルカリ可溶性の高分子化合物(a)
において、極性の高い官能基(アルカリ可溶性を与える
官能基)の存在により、その官能基と基板との相互作用
が生じ基板との密着性が向上する。
そして露光部で酸または塩基が発生し、この酸により、
アルカリ可溶性高分子化合物(alのアルカリ可溶性を
与える官能基の一部の保護基が分解し、組成物の露光部
の溶解性が向上する。一方、未露光部ではアルカリ可溶
性高分子化合物(a)はそのアルカリ可溶部の一部が保
護されているため、通常知られている未保護のアルカリ
可溶性高分子化合物より溶解性は極度に低下している。
そのため、露光部と未露光部での溶解度差を大幅に向上
させることができ、高解像度のパターン形成が可能とな
る。
そして又、上記の酸または塩基により分解してアルカリ
可溶性になる化合物(c)は、この酸または塩基により
アルカリ可溶性になると同時に、前記アルカリ可溶性高
分子化合物(a)のアルカリ可溶性を与える官能基の一
部の保護基も分解し、組成物の露光部の溶解性を大幅に
向上させ上記問題点を除去することになる。
〔実施例〕
本発明において用いられるアルカリ可溶性高分子化合物
(a)としては、ドライエツチング耐性に優れた構造を
有することが好ましく、この目的に適する材料として、
例えば、フェノールノボランク樹脂、タレゾールノボラ
ック樹脂、ナフトールノボラック樹脂などのフェノール
・ホルムアルデヒド系樹脂や、ポリビニルフェノール樹
脂もしくはビニルフェノールとアクリル系またはスチレ
ン系モノマーの共重合体、などをあげることができる。
これらの平均分子量は実用的見地から2000から5o
ooo ぐらいが望ましり、2000以下の場合は均一
な塗膜性が得られず、ドライエツチング耐性も低下し、
また、50000以上の場合は現像時の露光部の溶解性
が低下し、現像残渣の発生を招く場合があり好ましくな
い。
次にこれらのアルカリ可溶性を与える官能基の保護置換
基としては、t−ブトキシカルボニル基、t−アミルオ
キシカルボニル基、1−()リエチル)メトキシカルボ
ニル基、t−ブチル基、t−アミン基、t−ヘキシル基
、アリル基、2−シクロヘキシル基等を挙げることがで
きる。
これらの置換基による保護は、アルカリ可溶性の高分子
化合物のアルカリ可溶性を与える官能基の5〜50%の
範囲内が好ましい。下限の5%以下では、霧光時と未露
光時での溶解差がとれなく現像時の膜減りの原因となり
、また、50%以上の時は熔解差は十分であるが、官能
基の減少に伴う基板との接着性の低下が起こり現像に際
して微小パターンの流れが起こり易くなり適当でない。
次に、本発明における放射線照射により酸を発生する化
合物(b)としては、トリフェニルスルホニウムテトラ
フルオロボレイト、トリフェニルスルホニウムへキサフ
ルオロアルシフイト、トリフェニルスルホニウムへキサ
フルオロアルシフイト、トリフェニルスルホニウムへキ
サフルオロホスフェイト、トリフェニルスルホニウムト
リフルオロスルホネイト、4−チオフ二ノキシジフェニ
ルスルホニウムテトラフルオロボレイト、4−チオフェ
ノキシジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアルシネ
イト、4−チオフェノキシジフェニルスルホニウムヘキ
サフルオロアルシネイト、4−チオフェノキシジフェニ
ルスルホニウムヘキサフルオロホスフェイト、4−チオ
フエノキシジフェニルスルホニウムトリフルオロスルホ
ネイト、4−tert−プチルフェニルジフェニルスル
ホニウムテトラフルオロボレイト、4−tert−プチ
ルフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロスルホ
ネイト、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウム
へキサフルオロアルシフイト、ジフェニルヨウドニウム
テトラフルオロボレイト、ジフェニルヨウドニウムヘキ
サフルオロアンチモネイト、ジフェニルヨウドニウムヘ
キサフルオロアルシネイト、ジフェニルヨウドニウムへ
キサフルオロホスフェイト、ジフェニルヨウドニウムト
リフルオロスルホネイト、3.3’−ジニトロジフェニ
ルヨウドニウムトリフルオロスルホネイト、4.4’−
ジメチルジフェニルヨウドニウムテトラフルオロボレイ
ト、4.4’−ジメチルジフェニルヨウドニウムヘキサ
フルオロアンチモネイト、4,4′−ジメチルジフェニ
ルヨウドニウムトリフルオロスルホネイト、4.4′−
ジtert−プチルジフェニルヨウドニウムヘキサフル
オロアンチモネイト、4.4′−ジtert−ブチルジ
フェニルヨウドニウムへキサフルオロホスフェイト、4
.4′−ジtert−プチルジフェニルヨウドニウムト
リフルオロスルホヱイトなどのオニウム塩や、2,4.
6− )リス(トリクロロメチル)トリアジン、2−ア
リル−4,6−ビス(トリクロロメチル)トリアジン、
α、α、α、−トリブロモメチル−フェニルスルホン、
α、α、α、α′、α′。
α′、−へキサクロロキシリレン、2,2−ビス(3゜
5−ジブロム−4−ヒドロキシフェニル) −1,1゜
1.3,3.3−ヘキサフルオロプロパン、1.1.1
−)リス(3,5−ジブロム−4−ヒドロキシフェニル
)エタンなどのハロゲン含有化合物や、(2−二トロペ
ンジルトシレイト、2.6−シニトロヘンジルトシレイ
ト、2.4−ジニトロヘンジルトシレイト、メチルスル
ホン酸2−ニトロヘンシルエステル、酢酸2−ニトロベ
ンジルエステル、P−ニトロベンジル−9,10−ジメ
トキシアントラセン−2−スルホニウムなどのスルホン
酸エステルなどを挙げることができる。
また、放射線照射により塩基を発生する化合物(b)と
しては、1.L 1− トリフェニルメタノール、1.
1.1− )す(メトキシフェニル)メタノール、1、
L 1−トリ(メチルフェニル)メタノール、l。
1、 ! −)すにトロフェニル)メタノール、1.l
。
1−トリフェニルシアノメタン、1,1. l −) 
IJ(メトキシフェニル)シアノメタン、1,1.1−
トリ(メチルフェニル)シアンメタン、などを挙げるこ
とができる。
本発明の第1の発明において、上記(a)の化合物99
.95〜80%、好ましくは99〜90%、及び(b)
の化合物0.05〜20%、好ましくは1〜10%の組
成範囲内で選択するのが適当である。
上記但)の成分が0.05%以下の場合には、良好なパ
ターンを形成することができず、他方20%を超えると
現像時の残渣が発生したり、成分相溶性が得にくくなり
好ましくない。
次に本発明の第2の発明において、上記化合物(a)及
び化合物(b)は、概ね例外な(同様のものが使用され
る。そして、本発明の第2の発明における、上記酸また
は塩基により分解してアルカリ可溶性になる化合物(c
1としては次のものがある。
即ち、−数式(1)で示されるエステル化合物、(R、
H−X   Rz        (1)(式中、R,
はn価のアルキル基、アリール基を示し、R2はt−ブ
チル基、L−アミル基、1.1.1−(トリエチル)メ
チル基、フェニル基、ヘンシル基、αメチルヘンシル基
、α、α′ジメチルヘンシル基等を示し、nは1〜4の
整数を示し、Xは−C00−1−803−のいずれかを
示す。) また下記の一般式(n)で示されるカルボネート化合物
、 (R3汽−−OCOO−R4(I[) (式中、R3はn価の了り−ル基を示し、R4はt−ブ
チル基、t−アミル基、1,1.1− (トリエチル)
メチル基、フェニル基、ベンジル基、αメチルベンジル
基、α、α′ジメチルベンジル基を示し、nは1〜4の
整数を示す。)更にまた、−数式(I[l)で示される
オキシムエステル化合物、 (R5hr−−C00N=R6(I[[)(式中、R1
はn価のアルキル基またはアリール基を示し、R6はア
ルキレン基を示し、nは1〜4の整数を示す。) 上記−数式CI)で示されるエステル化合物は、酸クロ
ライドと対応するアルコールとの反応により容易に合成
することができる。この酸クロライドの例としては、例
えば、イソフタル酸ジクロライド、テレフタル酸ジクロ
ライド、ベンゼントリカルボキシリック酸クロライド、
ベンゾフェノンジカルボン酸クロライド、ジフェニルエ
ーテルジカルボン酸クロライド、ポリフェニルメタンジ
カルボン酸クロライド、ナフタレンジカルボン酸クロラ
イド、ベンゼンジスルホン酸クロライド、ベンゼントリ
スルホン酸クロライド、ジフェニルエーテルジスルホン
酸クロライド、ポリフェニルメタンジスルホン酸クロラ
イド、ヘキサメチレンジカルボン酸クロライド、シクロ
へキシルジカルボン酸クロライド、ブタンテトラカルボ
ン酸クロライドなどをあげることができる。
また、−数式(If)で示されるカルボネート化合物は
、ビスフェノールA、ビスフェノールS。
ビフェノール、カテコール、フロログリシツール、ピロ
ガロールなどのフェノール化合物とジt−プチルジカル
ポネートとを反応することで容易に合成することができ
る。
さらに、−数式(III)で示されるオキシムエステル
化合物は、上述した酸クロライドとアセトオキシム、シ
クロヘキサンオキシム、アセトフェノンオキシム、ベン
ゾフェノンオキシム等のオキシム類とを反応することに
より合成することができる。
本発明の第2の発明において、前記3種の成分、即ち(
a)の化合物90〜40%、(b)の化合物10〜60
%、(c)の化合物0.05〜20%の組成範囲内で選
択するのが適当である。(a)の化合物が90%以上の
時は、(ハ)の成分が少なくなるため露光によるパター
ニングが困難となり、40%以下になるとアルカリ可溶
性の高分子化合物の含有率が少なくなるためドライエツ
チング耐性の低下を招く、また、(c)の成分が0.0
5%以下の場合には、良好なパターンを形成することが
できず、20%を超えた場合には現像時の残渣が発生し
たり、3成分の相溶性が得がたくなり、いづれも好まし
くない。
本発明において、上記第1及び第2の発明の組成物は溶
液として調製し、それらをスピンコーターなどを使用し
て塗布するが、そのときに用いる溶媒は、前記2成分、
又は3成分と反応しないものであれば略例外なく使用す
ることができる。例えば、セロソルブアセテート、ジメ
チルグライム、ジメチルジグライム、シクロヘキサノン
、シクロペンタノン、メチルイソブチルケトン、酢酸イ
ソ、アミル、ジオキサンなどが一般的である。
本発明の実施法としては、上記パターン形成レジスト材
料を含んだ溶液を、シリコーンウェハなどの基板に塗布
し、溶媒除去のための加熱を行った後、所定のパターン
を有するマスクを通して放射線を照射しくを子線の場合
には描画する)、ついで60〜150°Cの加熱を行い
、続いて現像を行う。
この時の現像液としては、アンモニア、トリエチルアミ
ン、ジメチルエタノール、テトラメチルアンモニウムヒ
ドロキサイド、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムなど
の水溶液を用いることができる。
そして本発明のパターン形成レジスト材料は、上述した
ように2成分又は3成分で構成されるが、基板と本発明
の材料との密着性を向上させるための密着性向上剤(例
えば、アミノシラザン、アミノアルコキシシラン、アル
キルアルコキンシラン、金属キレートなど)や、その他
必要に応して他の目的のための化合物を添加することが
できる。
本発明のパターン形成材料は、半導体素子、プリント配
線板、など微細なパターニングを必要とする微細加工用
レジストとして使用できる。
以下に、本発明を具体的な例を挙げて説明するが、これ
らだけに限定されるものではない。
実施例1 (アルカリ可溶官能基の保護反応) ポリp−ビニルフェノール(Mn = 8000 )の
0.2モルをテトラヒドロフラン300 mに熔解し、
窒素気流下で攪拌する。ついで、0.04モルのナトリ
ウムt−ブチラードを加え、10分後、0.04モルの
ジt−プチルジカルボネートを滴下する。4時間室温で
攪拌した後、飽和塩化ナトリウム水溶液に投入し、十分
水洗をして反応物を回収する(PVP−tB−20)。
(レジスト液の調整) 上記で合成した部分保護ポリp゛−ビニルフェノール9
.3gと、ジフェニールヨードニウムテトラフルオロポ
レート0.3gとをシクロへキサノン30gに溶解し、
0.2ミクロンのフィルターを用いて濾過しレジスト溶
液を作製した。
このレジスト溶液をシリコンウェハー上に塗布し、80
°CIO分間オープン中でブレキュアーした。
このウェハーを室温に冷却し、マスクを通して250n
mのDeeplJV光を照射した。照射後、110°C
のホットプレートで2分間加熱を行い、室温にもどして
から、2%テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド水
溶液に2分間浸漬し現像を行った。
この一連の操作で、0.35ミクロンのラインアンドス
ペースを有する良好なパターンが得られた。
実施例2〜17 次表1に示す化合物を実施例1と同様な手法で合成し、
実施例1と同様にしてレジスト液を調製した。
実施例1と同様の操作によりパターンの形成を行った。
いずれも、次表2に示したように高感度であり、0.3
5ミクロンの形状の良好なパターンが表  1 2  PVP−tB−109,8g  TPSFA 0
.2g3  PVP−1B−259,8g   〃0.
2 g4           PVP−tB−309
,8g           キノ    0.2 g
5  PVP−tB−359,8g   /70.2g
6  PVP−tB−209,8g  PTNMT 0
.3g7  PVP−tA−109,7g  DITF
B 0.3g8  PVP−tA−259,7g   
〃0.3 g9  PVP−tA−309,7g   
N 0.3g10  CNR−tB−209,7g  
 /IO,3gl 1   〃9.7g  TPSFB
 0.3g12   〃9.7g  PTNMT 0.
3g13  PVP−AR−209,7g  DITF
B 0.3g14  PVP−BO−209,9g  
 NO,1g15  PVP−BO−209,8g  
 n 0.2gte:t−ブトキンカルネニル’74、
 tA:t−アミルオキシカ(&季ニルAR: 7リル
基、         BO:  t−ブトキノ基TP
SFA  :  )リフェニルスル本二つムヘキサフル
才ロアンチモネートPTNMT  :  2−フェニル
−4,6−ビス(トリク[IOメチル)トリアノンDI
TFB  :  ジフェニルヨードニウムテトラ711
をロ季し−ト表    2 実施例    感度     解像度 2    5mJ / cill     0.35u
m3    7mJ / Ci     0.35um
4    9mJ / c4    0.35um5 
   10mJ / cllIo、35um6    
1 uC/ c+a     O’、 25um7  
  3vaJ / ci     (1,35um8 
   4mJ / cJ     0.35um9  
  6+IIJ / CTI     O,30um1
0    13mJ / cJ     0.35um
11    13mJ / cdl     0.35
um12    3uC/ ci     0.28u
m13    6mJ/ cII!0.35um14 
   16mJ / e11!     0.35um
15    12+IIJ / all     0.
35us16    10mJ/ cill     
0.40um17    6+wJ / ca    
 0.40um実施例6.12は電子線露光を行った。
実施例18 (アルカリ可溶官能基の保護反応) 実施例1と同様に行った。
(エステル化合物の合成) t−アミルアルコールの1モルと、ピリジン0.2モル
を混合し攪拌する。次いで、テレフタル酸クロライド0
.1モルを加え4時間攪拌する。反応後水中に投入し反
応物を析出させ、エタノールにより再結晶させて目的の
エステル化合物を得る。
(レジスト液の調整) 上記で合成した部分保護ポリp−ビニルフェノール7g
と、ジt−ブチルテレフタレート3g及びジフェニール
ヨードニウムテトラフルオロボレート0.3gを、シク
ロへキサノン25gに?8解し、0.2ミクロンのフィ
ルターを用いて濾過しレジスト溶液を作製した。
このレジスト溶液をシリコンウェハー上に塗布し、80
°CIO分間オーブン中でブレキュアーした。
このウェハーを室温に冷却し、マスクを通して250n
mのDeepUV光を照射した。照射後、110°Cの
ホットプレートで2分間加熱を行い、室温にもどしてか
ら、2%テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド水溶
液に2分間浸漬し現像を行った。
この一連の操作で、0.35ミクロンのラインアンドス
ペースを存する良好なパターンが得られた。
実施例19〜32 次表3に示す化合物を実施例18と同様な手法で合成し
、同様にしてレジスト液を調製した。
実施例18と同様の操作により、パターンの形成を行っ
たところ、いずれも次表4に示したように高感度であり
、0.35ミクロンの形状の良好なパタ表3 1 9      PVP−205g  ′Jt−プf
35シフタレート   5g   TPSFA  0.
2g20//6g                 
  4g      ツノ   0.2g21  〃7
g     3g  〃0.2g22〃8g2g〃0.
2g 23  n 7g     3g PTNMT(1,3
g24  PVP−107g     3g DITF
B 0.3g25  PVP−257g     3g
  n 0.2g26  PVP−307g     
3g  40.3g27  PVP−357g    
 3g  40.3g28  CNR−207g   
  3g  n 0.3gpvp :ポリビニルフェノ
ール TPSFA:)リフェニルスル本ニウムヘキサ刀トオロ
アンチモネートPTN−T  : 2−フェニル−4,
6−ビス(トリクロロメチル)トリアジンD)丁FB 
 : シフヱニル3−トニウムテトラ71011!レー
ト表    4 19      3mJ / ctA       0
.35um20 5mJ/cイ 0.35um 21 5mJ/ctl  0.30um22 7mJ/
cf  0.35um 23 1uC/ct  0.20um 24 17mJ/Ci  0.40um25 12mJ
/c+fl  0.30um26 12n+J/ci 
 0.30um27 13mJ/all  0.35u
m2Fi  13a+J/ci!  0.35um29
 7mJ/ci  O,35um 30 6mJ/ct  O,35um 31 8mJ/ctB  0.35um32 5+J/
at  0.35um 実施例23は電子線露光を行った。
上記実施例の結果によれば、実施例、即ち本発明のパタ
ーン形成材料は放射線に対して極めて高い感応性を有し
ており、超微細パターンの形成に有用な材料であること
が明らかである。
〔発明の効果〕
上記本発明によるパターン形成材料は、上記の説明及び
実施例の結果等により明らかなように、放射線に対して
極めて高い感応性を有するなど優れた特性を有する超微
細パターンの形成用レジスト材料を提供し得るものであ
り、その工業的効果は非常に大きい。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アルカリ可溶性を与える官能基の5〜50%が、
    酸または塩基により分解される保護基で保護されてなる
    アルカリ可溶性高分子化合物(a)と、放射線の照射に
    より酸または塩基を発生する化合物(2)と、 からなるパターン形成用材料。
  2. (2)アルカリ可溶性を与える官能基の5〜50%が、
    酸または塩基により分解される保護基で保護されてなる
    アルカリ可溶性高分子化合物(a)と、放射線の照射に
    より酸または塩基を発生する化合物(b)と、 酸または塩基により分解してアルカリ可溶性になる化合
    物(c)と、 からなるパターン形成用材料。
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