年产10000吨超净高纯试剂项目建议书.docx
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年产10000吨超净高纯试剂项目建议书
发展超大规模集成电路用
超净高纯试剂的项目
(一)项目介绍
1.超净高纯试剂-微电子技术的支柱
微电子技术主要是指用于半导体器件和集成电路(IC)微细加工制作的一系列蚀刻和处理技术,其中集成电路,特别是大规模及超大规模集成电路的微细加工技术又是微电子技术的核心,是电子信息产业最关键、最为重要的基础。
微电子技术发展的主要途径之一是通过不断缩小器件的特征尺寸,增加芯片的面积,以提高集成度和速度。
自20世纪70年代后期至今,集成电路芯片的发展基本上遵循GordonEM预言的摩尔定律,即每隔1.5年集成度增加1倍,芯片的特征尺寸每3年缩小2倍,芯片面积增加约1.5倍,芯片中晶体管数增加约4倍,也就是说大体上每3年就有一代新的IC产品问世。
在国际上,1958年美国首先研制成功集成电路开始,尤其是20世纪70年代以来,集成电路微细加工技术进入快速发展的时期,这期间相继推出了4、16、256K;1、4、16、256M;1、1.3、1.4G的动态存贮器。
进入20世纪90年代后期,IC的发展更迅速,竞争更激烈。
美国的Intel公司、AMD公司和日本的NEC公司这3个IC生产厂家的竞争尤为激烈,1999年Intel公司、AMD公司均实现了0.25Lm技术的生产化,紧接着Intel公司在1999年底又实现了0.18Lm技术的生产化,AMD公司也在紧追不舍。
到2001年上半年,Intel公司实现了0.13Lm技术的生产化,而到2001年的2季度末,日本的NEC公司宣布突破了0.1Lm工艺技术的难关,率先成功研发出0.095Lm的半导体工艺技术,现已开始接受全球各地厂商的订货,并将于2001年的11月开始批量生产。
因此,专家们认为世界半导体工艺技术的发展将会加速,半导体制造厂商将会以更先进的技术加快升级换代以适应新的市场要求。
超净高纯试剂(Ultra-cleanandHigh-purityReagents)在国际上通称为工艺化学品(ProcessChemicals),美欧和中国台湾地区又称湿化学品(WetChemicals),是超大规模集成电路(即俗称的“芯片”)制作过程中的关键性基础化工材料之一,主要用于芯片的清洗、蚀刻,另外超净高纯试剂还用于芯片掺杂和沉淀工艺。
超净高纯试剂的纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能及可靠性均有十分重要的影响。
超净高纯试剂具有品种多、用量大、技术要求高、贮存有效期短和腐蚀性强等特点,它基于微电子技术的发展而产生,一代IC产品需要一代的超净高纯试剂与之配套。
它随着微电子技术的发展而同步或超前发展,同时它又对微电子技术的发展起着制约作用。
依照超净高纯试剂的用途,可以将其划分为光刻胶配套试剂、湿法蚀刻剂和湿法工艺试剂。
如果依其性质可以分为:
无机酸类(如盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、磷酸等)、无机碱类(如氨水等)、有机溶剂类(如无水乙醇、冰乙酸、三氯乙烯、丙酮等)和其他超净高纯试剂(如双氧水、氟化氢铵等)。
有关资料显示,超净高纯有机溶剂在半导体工业中的消耗比例大致占10-15%,其中有机类化学品的需求量在微电子化学品中占总体积的3%以上,市场需求量相当可观。
在超净高纯试剂的发展方面,与微电子技术另一重要材料-光刻胶相似,不同线宽的芯片必须使用不同规格的超净高纯试剂进行蚀刻和清洗。
超净高纯试剂的质量关键在于控制其所含的金属离子的多少和试剂中尘埃颗粒的含量,对于线宽较小的超大规模集成电路,几个金属离子或灰尘就足以报废整个电路。
1975年,国际半导体设备与材料组织(SEMI)制定了国际统一的超净高纯试剂标准,如表1所示。
目前,国际上制备SEMI-C1到SEMI-C12级超净高纯试剂的技术都已经趋于成熟。
随着集成电路制作要求的提高,对工艺中所需的液体化学品纯度的要求也不断提高。
技术趋势上看,满足纳米级集成电路加工需求是超净高纯试剂今后发展方向之一。
表1工艺化学品SEMI国际标准等级
SEMI标准C1(Grade1)C7(Grade2)C8(Grade3)C12(Grade4)
金属杂质/ppb≤1ppm≤10≤1≤0.1
控制粒径/μm≤1.0≤0.5≤0.5≤0.2
颗粒/个/mL≤25≤25≤5*
适应IC线宽范围/μm>1.20.8~1.20.2~0.60.09~0.2
可以看出,超净高纯试剂制备的关键在于控制并达到其所要求的杂质含量和颗粒度。
为使超净高纯试剂的质量达到要求,需从多个方面同时予以保障,包括试剂的提纯、包装、供应系统及分析方法等。
目前,国际上普遍使用的提纯工艺有十余种,它们适用于不同成分、不同要求的超净高纯试剂的生产,例如,蒸馏、精馏、连续精馏、盐熔精馏、共沸精馏、亚沸腾蒸馏、等温蒸馏、减压蒸馏、升华、化学处理、气体吸收等。
超净高纯试剂在运输过程中极易受污染,所以超净高纯试剂的包装及供应方式是超净高纯试剂使用的重要一环。
特别是颗粒控制的相关技术,它贯穿于超净高纯试剂生产、运输的始终,包括了环境控制、工艺控制、成品包装控制等各个环节。
2.国内外超净高纯试剂生产技术发展现状
国外20世纪60年代便开始生产电子工业用试剂,并为微电子加工技术的发展而不断开发新的产品。
到目前为止,在国际上以德国E.Merck公司的产量及所占市场份额为最大,其次为美国Ashland、Olin公司及日本的关东株式会社,另外还有美国的MallinckradtBaker公司、英国的B.D.H.公司、前全苏化学试剂和高纯物质研究所、三菱瓦斯化学、伊期曼化学公司、AlliedSig-nal公司、Chemtech公司、PVS化学品公司、日本化学工业公司及德山公司等。
近年来,新加坡、台湾地区也相继建立了5000~10000t级的超净高纯试剂生产基地。
目前在国际上从事超净高纯试剂的研究开发及大规模生产的主要有德国的E.Merck公司(包括日本的Merck-Kanto公司,占全球市场份额26.7%),美国的Ashland公司(市场份额25.7%)、Arch公司(市场份额9.5%)、MallinckradtBaker公司(市场份额4.4%),日本的Wako(市场份额10.1%)、Sumitomo(市场份额7.1%),另外还有日本住友合成、德川、三菱,我国台湾地区主要有台湾Merck、长春、中华、友发、长新化学、台硝股份及恒谊等,韩国主要有东友(DONGWOOFINECHEM)、东进(DONGJINSEMICHEM)、SAMYOUNGFINECHEM等公司。
在技术方面,美国、德国、日本、韩国及我国台湾地区目前已经在大规模生产0.2~0.6μm技术用的超净高纯试剂,其中的过氧化氢、硫酸、异丙醇等主要品种一般在5000~10000吨/年的规模,0.09~0.2μm技术用超净高纯试剂也已完成前期的工艺研究并形成规模生产,90nm以下技术用工艺化学品也已完成技术研究,具备相应的生产能力。
国内超净高纯试剂的研发水平及生产技术水平与国际上的先进技术水平相比尚有一定的差距,目前5μmIC技术用MOS级试剂的生产技术已经成熟,并已转化为规模生产。
0.8~1.2μm技术用超净高纯试剂(相当于国际SEMI标准C7水平)的产业化技术基本成熟,初步形成生产规模。
0.2~0.6μm技术用超净高纯试剂(相当于国际SEMI标准C8水平)的工艺制备技术及分析测试技术有所突破,但由于受相关配套条件的制约,产业化技术还有待进一步的完善。
部分产品的产业化技术也将能够形成规模化生产,相关分析测试方法的研究也有了较大的突破,但总体上仍然受支撑条件落后、配套设施基础差等客观因素的制约,关键的仪器设备包括容器等必须依赖进口,超净高纯试剂工艺先进技术如气体吸收、离子交换、膜处理技术等的应用要达到国外的先进水平也有一定的差距,这也导致真正要实现超净高纯试剂的工业化规模生产存在较大的差距。
我国半导体市场规模在不断扩大,2006年我国IC市场已达4836亿元。
2002~2006年5年间,平均增长率33.6%。
目前国内12英寸(1英寸=25.4毫米)生产线2条,8英寸线10条,占国内47条生产线总数的1/4,产能已占全国的60%,8英寸以上高端生产线已开始成为国内芯片制造业主体。
按“十二五”计划新建的生产线对于超净高纯试剂耗用量将有较大幅度增长。
此外,随着国内平板显示器(FPD)大发展,2007上广电NEC产能将达到90K/月,京东方产能将达到85K/月,二厂、三厂建成后将达18万枚/月。
FPD工艺与VLSI是类似的,需求的超净高纯试剂也要几万吨。
在市场供应方面,目前>1.2μmMOS级超净高纯试剂已经全部实现国产化,在更高档次的超净高纯试剂供应方面,目前绝大部分需要从其他国家或地区进口,SEMI标准C8水平及以上档次的产品则全部依赖进口。
进口产品的主要来源有日本、韩国、美国等国家及我国的台湾地区。
表2我国目前电子化学品进口量和国产产品市场占有率
产品国产量进口量国产产品市场占有率
超净高纯试剂10819.0吨60353.8吨17.9%
我国超净高纯试剂的研制起步于20世纪70年代中期,1980年由北京化学试剂研究所在国内率先研制成功适合中小规模集成电路5μm技术用的22种MOS级试剂。
随着集成电路集成度的不断提高,对超净高纯试剂中的可溶性杂质和固体颗粒的控制越来越严,同时对生产环境、包装方式及包装材质等提出了更高的要求。
为了满足我国集成电路发展的需求,国家自“六五”开始至“八五”,将超净高纯试剂的研究开发列入了重点科技攻关计划,并由北京化学试剂研究所承担攻关任务。
到目前为止,北京化学试剂研究所已相继推出了BV-Ⅰ级、BV-Ⅱ级和BV-Ⅲ级超净高纯试剂,其中BV-Ⅲ级超净高纯试剂达到国际SEMI-C7标准的水平,适用于0.8~1.2Lm工艺技术(1~4M)的加工制作,并在“九五”末期形成了500t年的中试规模。
目前北京化学试剂研究所正在进行用于0.2~0.6Lm工艺技术的BV-Ⅳ级超净高纯试剂的研究开发。
“十五”期间,国家科技部将“VLSI用超净高纯试剂研究”课题列入了“863”超大规模集成电路配套材料重大专项计划之中,由北京化学试剂研究所、上海华谊(集团)公司等单位承担,其研究的主要目的是完成0.13~0.10μm技术ULSI用超净高纯试剂的研究与开发工作,此项目现已完成,关键品种的制备工艺已趋完善,配套支撑条件基本上可以满足研发的要求,颗粒、金属杂质、阴离子及TOC等分析测试方法的研究也取得了一系列成果,为“十二五”的产业化技术及更加深入的研究奠定了良好的技术基础。
上海华谊(集团)公司为推进“863”课题研究开发工作,加快研究及产业化进程,于2003年1月组建了由华谊集团公司、中远化工有限公司、三爱富新材料股份有限公司和上海化学试剂研究所等多元投资的上海华谊微电子化学品有限公司,成为执行“863”计划的实体、主体,拥有600平方米实验室、10000平方米净化室和配置相应的试验设备等。
通过“863”课题的研究开发,不仅提升了在超净高纯试剂方面的技术水平,也培养了一大批专业技术人才。
2004年由上海华谊(集团)公司、上海中远化工有限公司和台湾联仕共同出资组建成立合资公司——上海华谊微电子材料有限公司,建成15000吨/年规模的超净高纯试剂生产线,现已正式投产,投资2.2亿万人民币,生产各类微电子化学品,主要有:
30%双氧水、96%硫酸、29%氨水、37%盐酸、69%硝酸、99.7%醋酸、40%氟化铵,产品质量达到当前市场0.13μm线宽半导体制造业要求以及0.09μm半导体生产线质量标准的要求。
上海华谊微电子材料有限公司建筑面积近13000平方米,建有世界一流水平的生产线和净化包装线。
实验室部分有洁净房259平方米,最高洁净要求可以达到10级。
拥有价值近1500万元的大型精密测试仪器和技术装备,如测试限达到<1ppt(10-12)的电感耦合等离子光谱-质谱仪(ICP-MS)、测试限<0.1ppb(10-9)的原子吸收光谱仪(AA)、紫外-可见分光光谱仪(U.V)、极谱仪、总碳分析仪、<0.1ppb的离子色谱仪(IC)、气相色谱仪(GC)、高效液相色谱仪(HPLC)、激光散射颗粒测定仪(PMC)、空气净化颗粒测试仪、微波消化器等。
上海华谊微电子材料有限公司已于2006年年中建成投产。
产品已开始进入主要集成电路厂家试用,如中芯国际、台积电,并出口东南亚。
3.微电子技术与超净高纯试剂在西部地区的发展
西部地区的微电子技术相对于沿海地区来说发展较晚,但现今也进入了快速发展的阶段。
2004年成都地区首先引进了8英寸芯片的生产线,并将其定为1号工程,总投资12亿人民币。
随后又引进了几条8英寸及12英寸生产线,并将微电子产业列为支柱产业。
从2005年8月开始,重庆市就着手建立西永微电子工业园,计划到2010年达到年产值1000亿元,占国内同类市场份额的10%。
建成中国西部门类最齐全,规模最大的集成电路制造研发基地和国家软件业基地,成为中国西部“硅谷”。
现已有茂德、日月光等台资企业及IBM、HP等IT巨头进驻园区。
随着IT企业巨头的迁移落户,地处西部的成渝地区正在改变全球电子信息产业的格局,以电子信息产业为代表的产业转移效应正在显现。
纯试剂产值将达到300~500亿元。
西三角之一角的西安微电子工业发展得比较早;贵州地区的微电子工业也正处于蓬勃发展时期,正在建设一条8英寸芯片生产线。
综上所述,西南地区也已具备了超大规模集成电路的相当大的产能。
但是,与之相配套的超净高纯试剂却基本是空白,至今没有单位生产此类品种。
目前已建成生产线的用料全部依赖进口。
(二)发展超净高纯试剂项目的建设内容
超净高纯试剂共包括有如盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、磷酸、双氧水、无水乙醇、丙酮、甲苯、三氯乙烯等20多个品种。
其生产工艺是以这此产品的化学试剂为原料,在专用的洁净厂房中用专用的石英玻璃设备中进行亚沸蒸馏、分子蒸馏等工艺提纯。
使其杂质指标达到超净高纯试剂的要求。
然后在严格不受外界污染的条件下输送到100级净化间中的10级工作台中,用事先经过洁净处理并达到要求的容器分装、封口后,经专用通道输出到洁净的外包装间。
进入100级净化间的工作人员要尽量少,并严格按洁净要求动作,事先要在万级洁净间内更换防尘工作服后经风淋间淋至达到要求才能进入。
包装容器在普通洁净工作间先用纯水洗净,然后进入万级工作间进行精洗,然后由专用通道进入100级净化间内,用达到要求的超净高纯水漂洗至合格后,再供使用。
因此,生产超净高纯试剂必须要有下列设施:
100级超净工作间及外围的万级净化间;
10万级净化间及在其中安装的各种生产设备;
超净包装容器的清洗的设备及超净工作间;
超净高纯水生产设备;
空气及液体中尘埃颗粒的测试仪器;
超净高纯试剂中的杂质测试设备(ppt级至ppb级)。
1.超净厂房的建设
现在8英寸的芯片生产线,芯片线路线宽都在0.8~1.2μm,需要控制0.8μm以上的尘埃颗粒。
需要建设100级的超净厂房,主要用于产品灌装和产品检测,共需要300平米。
其次,为适应8英寸以上芯片生产线,超净高纯试剂的高要求,在100级的超净室内还需设置10级的超净工作台,核心操作都在超净工作台内完成。
这样形成逐级严格的控制,更利于保证洁净度。
除上述的核心部分的100级超净室与10级超净工作台外,还必须设置更大规模的与其配套的万级超净室与十万级洁净室。
2.生产提纯设备的添置
现今的超净高纯试剂其杂质含量已要求在ppb级至ppt级,在这样的要求下,一般采用普通玻璃设备都难以达到,必须采用优质的石英玻璃来制作各种生产设备才能达到要求。
这些石英玻璃必须经过专业设计并严格控制加工过程才能制造出来。
3.超净包装容器自动清洗线的设计安装
超净高纯试剂的包装容器,历来是其发展过程中的瓶颈问题,很多情况下是可以生产出合格产品,但经包装后就不能使用了,除了包装容器的材质的选择外,严格的清洗过程很有必要。
其预清洗还可以用人工参加,到最后超净阶段就不是靠手工能洗得出来的了,必须设计专业的清洗设备,在超净工作间内自动清洗才能达到要求。
4.超净高纯水的生产
超净高纯水主要用于生产设备的清洗及包装容器中的清洗,其质量的好坏直接影响到超净高纯试剂产品的质量。
传统的超净高纯水生产工艺是采用反渗透加离子交换工艺,水质虽可达到使用要求,但离子交换工艺操作中大量使用酸碱,并生成大量酸碱废液难以处理,本项目拟采用最新技术——电去离子工艺,出水质量更优,不再产生酸碱废水,运行成本更低。
5.分析测试仪器的添置
液体尘埃颗粒计数器、气体尘埃颗粒计数器、原子吸收光谱仪等专业分析仪器及其他许多常规分析设备,更先进的等离子光谱或电感耦合等离子光谱——质谱仪。
(三)项目建设规模及投资概算
项目总目标:
年产10000吨SEMIC8~C12级超净高纯试剂;
年产值:
2.5亿元;
年利税:
1.4亿元。
项目包括如下工程(总计:
6850万元):
1.超净工作间(合计2600万元):
300m2100级(0.2μm级)超净工作间及配套设施设备,600万元;
1000m2万级超净工作间及配套设施设备,1000万元;
10000m210万级洁净生产厂房及配套设施设备,1000万元。
2.生产设备(合计2350万元)
年产1500吨超净高纯硫酸设备,200万元;
年产1000吨超净高纯盐酸设备,100万元;
年产500吨超净高纯硝酸设备,100万元;
年产1000吨超净高纯双氧水设备,300万元;
年产1000吨超净高纯无水乙醇设备,100万元;
年产1000吨超净高纯氨水设备,100万元;
年产500吨超净高纯甲醇设备,50万元;
年产500吨超净高纯异丙醇设备,50万元;
年产500吨超净高纯氢氟酸设备,200万元;
年产500吨超净高纯磷酸设备,100万元;
年产500吨超净高纯冰乙酸设备,50万元;
年产100吨超净高纯氟化铵设备,50万元;
年产100吨超净高纯氟化氢铵设备,30万元;
年产100吨超净高纯乙酸乙酯设备,30万元;
年产100吨超净高纯乙酸丁酯设备,30万元;
年产100吨超净高纯甲苯设备,50万元;
年产100吨超净高纯二甲苯生产设备,30万元;
年产100吨超净高纯三氯甲烷生产设备,30万元;
年产100吨超净高纯四氯化碳生产设备,30万元;
年产100吨超净高纯乙二醇生产设备,30万元;
年产100吨超净高纯三氯乙烯生产设备,50万元;
年产100吨超净高纯二氯甲烷生产设备,30万元;
年产100吨超净高纯环己烷生产设备,30万无;
年产100吨超净高纯丁酮生产设备,30万元;
与以上各产品相对应的超过滤系统(UF),500万元。
3.超净高纯水生产设备(300万元)
建设日产达200吨超净高纯水生产设备,水质达到18MΩ以上,采用电去离子(EDI技术)与反渗透结合工艺,尘埃颗粒0.2μm以上≤10个/ml,TOC≤10ppb,DO≤50ppb。
4.包装容器清洗生产线六条(800万元)
500ml玻璃瓶清洗生产线一条,日处理量10000个;
3000ml玻璃瓶清洗生产线一条,日处理量2000个;
500ml塑料瓶清洗生产线一条,日处理量10000个;
2.5升塑料桶清洗生产线一条,日处理量2000个;
25升塑料桶清洗生产线一条,日处理量500个;
1000升塑料桶清洗生产线一条,日处理量500个。
5.购买分析测试仪器(合计500万元)
激光气体尘埃颗粒测试仪一台,20万元;
激光液体尘埃颗粒测试仪一台,30万元;
电感耦合等离子光谱——质谱仪一台,400万元;
无火焰原子吸收光谱仪一台,50万元。
6.生产废水处理回收系统(300万元)
日处理量200吨,处理后90%以上的水回收再投入生产线,5%回收后作中水使用,5%达标无污染排放。
生产中的废气处理系统在生产设备中设计解决。
(四)项目投资经济效益及风险分析
产品销售收入以平均每吨产品2.5万元计,100%达产并销售,销售收入为25000万元。
在产品的成本组成中:
原材料成本平均占10%;
水、电动力成本:
100%达产占20%;
50%达产占25%;
25%达产占30%;
人工工资管理成本:
100%达产占1%;
50%达产占1.5%;
25%达产占2.0%。
本项目投资6850万元,因本项目的产业是技术进步快的产业,更新换代快,所以全部资产加速折旧,以五年内全部折完计(建设两年,达产三年),生产年平均折旧2283.3万元。
项目投产后,工作人员约60人,人均工资以3000元/月计。
据以上条件计算如下:
100%达产,利税计算:
25000×(100%-10%-20%-1%)-2283.3=17250-2283.3=14966.7(万元);
50%达产,利税计算:
25000×50%(100%-25%-10%-1.5%)-2283.8=7937.5-2283.3=5654.2(万元);
25%达产,利税计算:
25000×25%(100%-30%-10%-2%)-2283.3=3625-2283.3=1341.7(万元);
盈亏点计算:
即盈亏点产量为1575吨,年销售收入为:
3937.5万元。
由以上分析可知,本项目由于其技术含量高,产品附加值高,有着很强的抗风险能力。
(五)项目环境安全风险分析
超净高纯试剂的生产要求洁净的环境,基本不会产生污染,但如不合理处理,必然破坏大好环境。
本项目的超净高纯试剂生产中,废水、废气、固体废物都有产生,且以废水为主。
本项目生产中产生的废气,主要是蒸馏尾气,这部分尾气在生产工艺设备设计中已考虑解决,将尾气回收利用,不但解决了环境污染问题,而且一定程度上可降低生产成本。
本项目生产中产生的固体废渣很少,主要是用过的滤膜,每年约在200公斤左右,都是塑料制品,清洗后可作废塑料回收。
本项目产生的废水量较大,预计达产后将达每天200吨,这些废水的组成有三种情况:
其一,是量最大的洗容器用的冲洗水,约占90%以上,这部分水中除了固体颗粒以外,其他杂质好于天然水,因此这部分水经过过滤除去固体颗粒后,作为生产超净高纯水的原水是很好的。
其二,是设备清洗废水及洗容器时含有洗涤剂的废水,约占总废水量的5~8%,这部分水中含有少量的酸、碱及洗涤剂。
可经中和及过滤后,作为化学试剂厂其他产品生产中的中水使用。
其三,是提纯产品后余下的母液,达产后每天约有2~3吨。
这部分母液不能废异。
可分类集中收集,使其不相互污染。
到某一品种达到了一定数量以后,可用于生产化学试剂的原料。
可见,本项目在超净高纯试剂生产中,虽然有一定量的废水、废气和固体废物产生,但在有针对性地采取了分类处理措施后,不仅可使其不对环境产生影响,而且能使许多宝贵资源得到合理利用。
可以确信,项目建成后,现有的良好环境不仅可得以保持,而且由于项目的建成投产,会使原有的环境变得更加美好。
(六)对项目实施的建议
超净高纯试剂是芯片工业中用量最大而不可或缺的重要原料,由于其都是液体状化危品,且对纯度及洁净度要求极高,不宜于长途运输,而且包装容器的回收,重复使用不仅有很高的经济价值,更重要的是有利于产品的质量保证。
因为新容器比使用过的容器对产品的污染要明显得多。
因此,随着微电子工业在西部地区的迅猛发展,在西部地区建设超净高纯试剂大型生产基地势在必行。
应充分利用有利条件,尽快形成必要的生产能力,供应市场,解决西部地区微电子工业发展的后顾之忧。
微电子技术发展很快,对超净高纯试剂的要求越来越高,10年前的技术及产品,到今天就很少使用了。
因此,发
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