(57)【要約】【課題】レーザ光を光源として用いた場合に、被検査対象のパターン形状変化を最小にとどめ、かつ、レビュー時のレスポンスを低下させない欠陥検査装置を提供することにある。【解決手段】レーザ源３と、レーザ源３から出射したレーザ光によって照射された試料１からの反射光を検出するリニアセンサ１３と観察カメラ２４とを有し、上記リニアセンサにより試料上の欠陥を検出するための欠陥検査画像を取得し、上記観察カメラにより試料の観察画像を取得する。ＣＰＵ１９は、リニアセンサ１３による顕官検査画像の取得を行いながら、観察カメラ２４による観察画像の取得を行う。観察カメラ２４により取得された観察画像は、記憶装置２０に記憶される。【選択図】  図１
2004279036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ源と、このレーザ源から出射したレーザ光によって照射された試料からの反射光を検出するリニアセンサと観察カメラとを有し、上記リニアセンサにより試料上の欠陥を検出するための欠陥検査画像を取得し、上記観察カメラにより試料の観察画像を取得する欠陥検査装置において、
上記リニアセンサによる顕官検査画像の取得を行いながら、上記観察カメラによる観察画像の取得を行う制御手段と、
この観察カメラにより取得された観察画像を記憶する画像記憶手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
上記試料からの反射光を上記観察カメラに導く反射光学系は、その倍率を複数段階に可変であるとともに、上記観察カメラによる観察画像取得の際には、その倍率を最高倍率にすることを特徴とする欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス製造工程やフラットパネルディスプレイの製造工程などの微細パターン欠陥及び異物等の検査をする欠陥検査装置に係り、特に、欠陥等の光学的な観察時に用いるに好適な欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の高集積化に伴い、回路パターンは益々微細化の傾向にある。この中で半導体素子をホトリソ工程で製造する際に用いられるマスクやレチクル、これらに形成された回路パターンが露光によって転写されるウェーハ上のパターン欠陥は益々高解像度での検出が要求されている。解像度を高める手法として、照明光の波長を可視光から紫外光へ短波長化することが挙げられる。従来、光源としては水銀ランプが用いられ、水銀ランプの持つ種々の輝線の中から必要とする波長のみを光学的に選択して使っていた。しかしながら、水銀ランプの輝線では発光スペクトル幅が広く光学系の色収差を補正するのが困難であること。十分な照度を得るためには光源が大形になり、効率が悪いなどの問題がある。
【０００３】
そこで、例えば、特開２０００−２６９２８５号公報や特開２００１−１７６９４２号公報に記載のように、レーザを光源として用いるものが知られている。これらのレーザ装置は、従来、光源としていたランプに比べ出力が大きく、また、平行光束であるので光路の引き回しが自在に行なえる等の利点がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２６９２８５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１７６９４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−１７６９４２号公報に記載のように、レーザ光源として紫外レーザ，特に遠紫外レーザを用いた場合、その波長は、露光装置などに使用される光源と同様に短波長であるため、欠陥検査装置によって欠陥を検査しようとすると、露光装置によって形成されたレジスト膜が遠紫外レーザによって２次加工されてしまうなど被検査対象のパターン形状が変化する可能性がある。この現象は、欠陥検査後に行なう検出された欠陥の観察時、すなわちレビュー時に顕著に発生しやすいものである。これは、レビュー時には同一箇所を長時間にわたって観察するため、レーザ光が長時間にわたって被検査対象の同一箇所に照射されるためである。
【０００６】
この対策として、レビュー時には、目的の観察箇所への移動中はシャッタを閉じておいて、移動後に一時的にシャッタを開いて観察画像を取得するなどして、同一箇所への照射を最小限に防ぐ装置も知られている。しかし、シャッタの開閉動作による一時的な振動のために、移動直後は画像が安定せずぶれることがある。したがって、被観察箇所への移動終了後、すぐに画像を取得せず、一定時間待ってから画像取得を行なう必要がある。このため、観察箇所へ移動してから画像を取得するまでに余分な時間を要することになり、レスポンスが低下するという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、レーザ光を光源として用いた場合に、被検査対象のパターン形状変化を最小にとどめ、かつ、レビュー時のレスポンスを低下させない欠陥検査装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、レーザ源と、このレーザ源から出射したレーザ光によって照射された試料からの反射光を検出するリニアセンサと観察カメラとを有し、上記リニアセンサにより試料上の欠陥を検出するための欠陥検査画像を取得し、上記観察カメラにより試料の観察画像を取得する欠陥検査装置において、上記リニアセンサによる顕官検査画像の取得を行いながら、上記観察カメラによる観察画像の取得を行う制御手段と、この観察カメラにより取得された観察画像を記憶する画像記憶手段とを備えるようにしたものである。  かかる構成により、レーザ光を光源として用いた場合でも、被検査対象のパターン形状変化を最小にとどめ、かつ、レビュー時のレスポンスを向上させ得るものとなる。
【０００９】
（２）上記（１）において、好ましくは、上記試料からの反射光を上記観察カメラに導く反射光学系は、その倍率を複数段階に可変であるとともに、上記観察カメラによる観察画像取得の際には、その倍率を最高倍率にするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態による欠陥検査装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による欠陥検査装置に用いる照明光学系の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による欠陥検査装置に用いる照明光学系の構成図である。
【００１１】
レーザ光源３は、短波長領域での高輝度照明を実現するために、遠紫外レーザ光としており、波長２６６ｎｍのＤＵＶレーザを用いている。レーザ光源３から出射したレーザ光Ｌ１は、ビームエキスパンダ５により断面径の大きな平行光束となり、コヒーレンス低減光学系，偏光ビームスプリッタ，偏光素子群等を介して対物レンズ１１に入射し、被測定物であるウェハ等の試料１に照射される。ビームエキスパンダ５により拡大されたレーザ光Ｌ１は、途中にあるレンズによって対物レンズ１１の瞳付近に集光された後、試料上にケーラー照明される。
【００１２】
試料１からの反射光は、ビームスプリッタ９ａ，収束レンズ１２を通過後、ビームスプリッタ９ｂにより分割され、リニアセンサ１３と観察カメラ２４に入光する。
【００１３】
次に、図２を用いて、本実施形態による光学式ウェハ欠陥検査装置の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による光学式ウェハ欠陥検査装置の構成図である。
【００１４】
ステージ２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ方向の自由度を有しており、試料として被検査パターンの一例である半導体ウェーハ１が載置される。ステージ２は、検査制御装置２３のＣＰＵ１９によって位置制御される。ステージ２は、図示しないステージ測長器を備えており、ステージ２の位置を検出する。検出されたステージ２の位置は、ＣＰＵ１９に出力する。ＣＰＵ１９は、ステージ測長器によって検出されたステージ位置が所定の位置となるようにステージ２に制御信号を出力する。
【００１５】
短波長領域での高輝度照明を実現するために、遠紫外レーザ光を光源３としている。レーザ光源３から発振するレーザ光Ｌ１は、ビームエキスパンダ５，ミラー８，コヒーレンス低減光学系６，レンズ７，偏光ビームスプリッタ９ａ，偏光素子群１０を介して対物レンズ１１に入射し、被検査パターンの一例である半導体ウェーハ１上に照射される。ビームエキスパンダ５は、レーザ光をある大きさに拡大するものであり、拡大されたレーザ光Ｌ１はレンズ７によって対物レンズ１１の瞳付近１１ａに集光された後、試料１上にケーラー照明される。
【００１６】
試料からの反射光は、試料の垂直上方より対物レンズ１１，偏光素子群１０，偏光ビームスプリッタ９ａ，結像レンズ１２，偏向ビームスプリッタ９ｂを介してリニアセンサ１３と観察カメラ２４で検出される。
【００１７】
一方、半導体プロセスによりウェーハ１上に形成された被検査パターンは、様々な形状を呈している。このため、パターンからの反射光は、様々な偏光成分を持っている。偏光素子群１０は、レーザ照明光及び反射光の偏光方向を制御して、パターンの形状，密度差により、反射光がイメージセンサ１３へ明るさむらとなって到達しないように、照明光の偏光比率を任意に調整する機能を有するものである。
【００１８】
リニアセンサ１３は、例えば時間蓄積形のセンサ（ＴＤＩセンサ）であり、被検査パターンの一例である半導体ウェーハ１からの反射光の明るさ（濃淡）に応じた濃淡画像信号を出力するものである。検査制御装置２３のＡ／Ｄ変換器１４は、イメージセンサ１３から得られる濃淡画像信号１３ａをディジタルに変換する。すなわち、ステージ２を走査して被検査パターンの一例である半導体ウェーハ１を等速度で移動させつつ、図示していない焦点検出系で、半導体ウェーハ１の被検査面のＺ方向の位置を常に検出し、対物レンズ１１との間隔が一定になるようにステージ２をＺ方向に制御して、リニアセンサ１３により半導体ウェーハ上に形成された被検査パターンの明るさ情報（濃淡画像信号）を高精度で検出する。
【００１９】
階調変換器１５は、例えば８ビットであり、Ａ／Ｄ変換器１４から出力されるディジタル画像信号に対して、対数，指数，多項式変換等を施し、プロセスで半導体ウェーハ１上に形成された薄膜と、レーザ光が干渉して生じた画像の明るさむらを補正する。遅延メモリ１６は、階調変換器１５からの出力画像信号をイメージセンサ１３の走査幅でもって、半導体ウェーハ１を構成する１セル又は１チップ又は１ショット分記憶して遅延させるものである。比較器１７は、階調変換器１５から出力される画像信号と、遅延メモリ１６から得られる画像信号とを比較し、不一致部を欠陥として検出する。比較器１７は、遅延メモリ１６から出力されるセルピッチ等に相当する量だけ遅延した画像と検出した画像とを比較するものであり、設計情報に基づいて得られる半導体ウェーハ１上における配列データ等の座標をキーボード，ディスク等から構成された入力手段１８で入力しておくことにより、ＣＰＵ１９が比較器１７による比較の結果を入力された半導体ウェーハ１上における配列データ等の座標に基づいて、欠陥検査データを作成して記憶装置２０に格納する。
【００２０】
この欠陥検査データは、必要に応じてディスプレイ等の表示手段２１に表示することもでき、また出力手段２２に出力して、例えば他のレビュー装置等で欠陥箇所の観察も可能である。なお、比較器１７は、例えば画像の位置合わせ回路や、位置合わせされた画像の差画像検出回路、差画像を２値化する不一致検出回路、２値化された出力より面積や長さ、座標等を抽出する特徴抽出回路から構成されている。
観察カメラ２４は、例えばＣＣＤカメラであり、ステージ２が静止状態のときに画像を取得する。リニアセンサ１３および観察カメラ２４は、ステージ２の位置情報信号によって動作する。
【００２１】
次に、図３及び図４を用いて、本実施形態による光学式ウェハ欠陥検査装置を用いた欠陥検査およびレビュー画像撮影の動作について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による光学式ウェハ欠陥検査装置で検査されるウェハとチップの配置を示す説明図である。図４は、本発明の一実施形態による光学式ウェハ欠陥検査装置を用いた欠陥検査およびレビュー画像撮影の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【００２２】
図３は、本実施形態によるウェハ欠陥検査装置で検査されるウェハ１とチップＣの配置を示している。ウェハ及びチップのサイズは種々のものがあるが、以下の説明では、ウェハ１は直径３００ｍｍとし、チップＣのサイズは２ｍｍ×２ｍｍとする。ウェハ１の上には、Ｘ方向に１０個のチップＣ１１，Ｃ１２，…，Ｃ１１０が配置され、Ｙ方向に１０個のチップＣ１１，Ｃ２１，…，Ｃ１０１が配置されているものとする。
【００２３】
図１に示したステージ２の位置は、ＣＰＵ１９によって制御され、スタート位置Ｓから順次、図示するようにジグザグに移動するものとする。リニアセンサ１３は、例えば、４０９６素子のＴＤＩセンサとし、１素子辺り０．２μｍの範囲の画像を取り込めるものとすると、ステージ２をＸ方向に移動しながら、リニアセンサ１３によって撮像することにより、リニアセンサ１３の１回の撮像動作により、約０．８ｍｍの範囲を撮像可能である。したがって、１チップのＸ方向には、３回の撮像動作で、撮像可能である。また、Ｙ方向については、５回の撮像動作が必要であるとすると、図示するように、Ｙ方向についてステージ２は、５回ジグザグに移動する。
【００２４】
一方、観察カメラ２４は、例えば、４０９６素子×４０９６素子のＣＣＤカメラとする。対物レンズ１１や結像レンズ１２を含む反射光の検出光学系の倍率は、可変であり、例えば、×６５倍、×１０４倍、×１３０倍の３段階に可変とする。最高倍率の×１３０倍としたとき、観察カメラ２４は、１回の観察で、１チップの全体を視野に入れることができ、観察撮影可能とする。
【００２５】
次に、図４を用いて、ステージ２のステージ測長器からの出力信号と、その出力信号に対するリニアセンサと観察カメラの動作タイミングを説明する。図４において、図４（Ａ）はステージ測長器によって検出ステージの位置信号を示している。図４（Ｂ）は観察カメラ２４の撮像動作を示している。図４（Ｃ）はステージ２の移動動作を示している。図４（Ｄ）はリニアセンサ１３の撮像動作を示している。
【００２６】
半導体ウェーハ上の欠陥検査を開始するにあたり、設計情報に基づいた半導体ウェーハ上の配列データ等の座標をキーボード等の入力手段１８により作成する。この際に入力した配列データ等の座標がステージ絶対座標に変換されて、ステージ２がその絶対座標へ移動した時に、図示しないステージ測長器からパルス信号として出力され、その信号がリニアセンサ１３と観察カメラ２４の起動タイミングとなる。通常、半導体ウェーハ上には同一パターンが規則的に配列されているため、パターンの原点アドレスと、パターンとパターンとのピッチから各パターンのステージ上の絶対座標は容易に算出できる。
【００２７】
欠陥検査時には、まず最初の検査パターンの原点座標（例えば、図３のスタート位置Ｓ）にステージが移動し、移動が完了した時点でステージは停止し、図４（Ａ）に示すように、ステージの座標を測長する測長器よりパルス信号ＰＳが出力される。このパルス信号の立下りエッジがトリガとなり、図４（Ｃ）に示すようにステージ２の移動が起動され、図４（Ｄ）に示すようにリニアセンサ１３の撮像動作が起動される。ステージ２の移動と同時にリニアセンサ１３により走査画像が取得される。走査画像取得後、ステージは次の位置に移動し、次の位置に移動した時点で再びステージの座標を測長する測長器よりパルス信号ＰＳが出力され、ステージの移動、リニアセンサによる走査画像取得が行なわれる。この繰り返しにより所望とする検査対象パターンの走査画像が取得される。
【００２８】
上述したように、１チップのＸ方向には、３回の撮像動作で、撮像可能であるとすると、図４（Ｃ）に示すように、チップＣ１１について、Ｙ方向の第１列目に対して、３回のステージ移動Ｃ１１−１１，Ｃ１１−１２，Ｃ１１−１３が行われ、同時に、図４（Ｄ）に示すように、リニアセンサ１３による走査画像の取得が行われる。チップＣ１１のＹ方向の第１列目に対するステージ移動と、走査画像の取得が終了すると、次に、図４（Ｃ）に示すように、チップＣ１２について、Ｙ方向の第１列目に対して、３回のステージ移動Ｃ１２−１１が行われ、同時に、図４（Ｄ）に示すように、リニアセンサ１３による走査画像の取得が行われる。以下同様にして、チップＣ１３，…，Ｃ１１０について、Ｙ方向の第１列目に対するステージ移動と、走査画像の取得が行われる。
【００２９】
その後、ステージ２をＹ方向に、例えば、０．４ｍｍ移動した後、チップＣ１１０，Ｃ１９，…Ｃ１２のＹ方向の第２列目に対するステージ移動と、走査画像の取得を開始する。チップＣ１２について、Ｙ方向の第２列目に対して、図４（Ｃ）に示すように、３回目のステージ移動Ｃ２１−２１が行われ、同時に、図４（Ｄ）に示すように、リニアセンサ１３による走査画像の取得が行われる。チップＣ１２のＹ方向の第２列目に対するステージ移動と、走査画像の取得が終了すると、次に、図４（Ｃ）に示すように、チップＣ１１について、Ｙ方向の第１列目に対して、３回のステージ移動Ｃ１１−２３，Ｃ１１−２２，Ｃ１１−２１が行われ、同時に、図４（Ｄ）に示すように、リニアセンサ１３による走査画像の取得が行われる。
【００３０】
次に、ステージ２をＹ方向に、例えば、０．４ｍｍ移動した後、チップＣ１１のＹ方向の第３列目に対するステージ移動と、走査画像の取得を開始する。チップＣ１１について、Ｙ方向の第３列目に対して、図４（Ｃ）に示すように、ステージ移動Ｃ１１−３１が行われ、同時に、図４（Ｄ）に示すように、リニアセンサ１３による走査画像の取得が行われる。
【００３１】
この時点で、観察カメラ２４の視野のほぼ中央に、チップＣ１１の中央が位置している。そこで、図４（Ａ）に示すように、ステージの座標を測長する測長器よりパルス信号ＰＳ１１が出力される。このパルス信号の立下りエッジがトリガとなり、図４（Ｂ）に示すように観察カメラ２４へ撮像起動Ｃ１１がなされ、観察カメラ２４は現在位置のパターン画像を取得する。撮影された画像は、画像メモリとしても用いられる記憶装置２０の内部に、チップＣ１１に対応する所定のアドレスに記憶される。
【００３２】
観察カメラ２４の撮像が終了すると、図４（Ｃ）に示すようにステージ移動Ｃ１１−３２が行われ、同時に、図４（Ｄ）に示すように、リニアセンサ１３による走査画像の取得が行われる。同様にして、図４（Ｃ）に示すように、チップＣ１１について、Ｙ方向の第３列目に対して、３回目のステージ移動Ｃ１１−３３が行われ、同時に、図４（Ｄ）に示すように、リニアセンサ１３による走査画像の取得が行われ、次に、チップＣ１２について、Ｙ方向の第３列目に対して、１回目のステージ移動Ｃ１２−３１が行われ、同時に、図４（Ｄ）に示すように、リニアセンサ１３による走査画像の取得が行われる。
【００３３】
この時点で、観察カメラ２４の視野のほぼ中央に、チップＣ１２の中央が位置している。そこで、図４（Ａ）に示すように、ステージの座標を測長する測長器よりパルス信号ＰＳ１２が出力される。このパルス信号の立下りエッジがトリガとなり、図４（Ｂ）に示すように観察カメラ２４へ撮像起動Ｃ１２がなされ、観察カメラ２４は現在位置のパターン画像を取得する。撮影された画像は、画像メモリとしても用いられる記憶装置２０の内部に、チップＣ１２に対応する所定のアドレスに記憶される。
【００３４】
観察カメラ２４の撮像が終了すると、図４（Ｃ）に示すようにステージ移動Ｃ２１−３２が行われ、同時に、図４（Ｄ）に示すように、リニアセンサ１３による走査画像の取得が行われる。
【００３５】
同様にして、Ｙ方向の第４列目に対して、リニアセンサ１３による走査画像の取得が行われ、図４（Ｃ）に示すように、チップＣ１１について、Ｙ方向の第５列目に対して、ステージ移動Ｃ１１−５１，Ｃ１１−５１，Ｃ１１−５３が行われ、同時に、図４（Ｄ）に示すように、リニアセンサ１３による走査画像の取得が行われる。
【００３６】
以上のようにして、図４に示す時刻Ｔ０の間に、チップＣ１１についてリニアセンサ１３による走査画像の取得が行われ、それとともに、レビュー画像も観察カメラ２４によって撮像される。
【００３７】
走査画像は、欠陥検査処理のために上述したＡ／Ｄ変換器１４や比較器１７に出力され、観察画像はこれとは別に画像記憶装置２０に出力される。欠陥検査が完了後、走査画像を処理することにより検出された欠陥を観察する際には、実ウェーハ上の画像を撮影する必要はなく既に取得してある観察画像が画像記憶装置より高速に読み出される。
【００３８】
図４（Ｂ）に示した観察カメラによる撮像時間は、３ｍｓ程度と比較的高速であるため、観察カメラによる撮像時間が欠陥検査時間に対して多大な影響を及ぼすことは無いものである。
【００３９】
また、観察カメラによって１つのチップの観察画像を得るためにレーザ光が照射される時間は、上述のように、３ｍｓである。一方、従来のように、欠陥検査後、欠陥箇所にレーザを照射して欠陥画像を目視で観察する場合、レーザ光の照射時間は、２ｓｅｃ程度は要している。しかも、一度観察した欠陥箇所を再度確認する場合もあるのでこの場合は、４ｓｅｃのレーザ照射が行われる。それに対して、本実施形態の場合には、３ｍｓであるため、レーザ照射によるダメージを、１／６００若しくは１／１２００まで低減することができる。
【００４０】
また、以下に説明するようにして、本実施形態では、観察画像の取得に要する時間を短縮して、レスポンスを向上することができる。従来のようにシャッターを用いる方式では、シャッターを開いたことによる一時的な振動のために、移動直後は画像が安定せずぶれた際、安定するまでの時間は２ｓｅｃ程度を要する。したがって、ウェハ上に１００個のチップが形成されており、欠陥と判定される割合が全体のチップの１０％とすると、全体の欠陥観察の際に振動が安定するのに要する時間は、２０ｓｅｃ（＝２ｓｅｃ×１００×１０％）となる。一方、本実施形態によって１００個のチップの観察画像を得るのに要する時間は、０．３ｓｅｃ（＝３ｍｓ×１００）であり、レスポンスを向上することができる。
【００４１】
さらに、本実施形態では、観察画像を取得する際に、反射像を得る光学系の倍率を最高倍率にして、観察画像を取得するようにしているので、欠陥検査後欠陥と判定された箇所を観察する際に、画像データを拡大しても画質の低下を少なくして、欠陥と判定された箇所を観察することができる。
【００４２】
なお、以上の説明で、観察カメラ２４の視野は、１つのチップの全体を一度に観察できる視野であるとして説明したが、チップサイズが大きい場合には、複数回に分割して、１チップの観察画像を取得するようにすればよいものである。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、欠陥検査時に欠陥検出に用いる走査画像だけでなく観察画像をも取得することにより、欠陥検査終了後、検査対象に対してレーザを直接照射して観察する必要がなくなるため検査対象に対するダメージを最小限にとどめることができるだけでなく、欠陥画像観察時のレスポンスも向上させることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ光を光源として用いた場合に、被検査対象のパターン形状変化を最小にとどめ、かつ、レビュー時のレスポンスを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による欠陥検査装置に用いる照明光学系の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による光学式ウェハ欠陥検査装置の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態による光学式ウェハ欠陥検査装置で検査されるウェハとチップの配置を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態による光学式ウェハ欠陥検査装置を用いた欠陥検査およびレビュー画像撮影の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…ウェハ
２…ステージ
３…レーザ光源
５…エキスパンダ
９ａ，９ｂ…ビームスプリッタ
１１…対物レンズ
１２…結像レンズ
１３…リニアセンサ
１９…ＣＰＵ
２０…記憶装置
２１…表示手段
２３…検査制御装置
２４…観察カメラ
【図１】
2004279036.tif 000003
【図２】
2004279036.tif 000004
【図３】
2004279036.tif 000005
【図４】
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