CN103681255A - 双重图案化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双重图案化的方法。首先，提供基底，此基底包括第一区及第二区。接着，在基底上形成目标层。然后，在目标层上形成第一图案化的光致抗蚀剂层，此第一图案化的光致抗蚀剂层在第一区具有多个开口，并且在第二区上的第一图案化的光致抗蚀剂层至少有一部分的厚度小于在第一区上的第一图案化的光致抗蚀剂层的厚度。之后，在第一开口之中以及第一图案化的光致抗蚀剂层上形成第二光致抗蚀剂层。本发明提供的双重图案化的方法仅利用一道光罩工艺即可在基底的第一区及第二区上形成具有不同厚度的第一图案化的光致抗蚀剂层，此举使得第二光致抗蚀剂层在整个第一区上具有均匀的厚度，以得到良好的曝光显影环境。

Description

双重图案化的方法

技术领域

本发明是有关于一种积体电路制造方法，且特别是有关于一种双重图案化的方法。

背景技术

随着集成电路产业的快速发展，在要求电路集成化愈来愈高的情况下，整个电路元件尺寸也必须缩小，且对微影处理的解析度（resolution）的要求也提高。目前，为了克服微影处理中光源解析度的限制，发展了一种双重图案化处理，以增加元件的集成度。

在双重图案化处理中，通过在罩幕层上依序进行两次光致抗蚀剂涂布、曝光以及显影步骤，以将两组不同的图案转移到罩幕层上。通常，在进行第二组光致抗蚀剂涂覆时，由于基板的晶胞区及周边区上第一组光致抗蚀剂图案分布密度不均，因而造成光致抗蚀剂涂覆不均匀的现象，进而影响后续的工艺。

因此，急需一种在双重图案化工艺中可均匀涂覆光致抗蚀剂的改善方法。

发明内容

本发明提供一种双重图案化的方法，用以增加光致抗蚀剂覆盖均匀性。

本发明提出一种双重图案化的方法，此方法先提供包括第一区及第二区的基底。接着，在基底上形成目标层。然后，在目标层上形成第一图案化的光致抗蚀剂层。第一图案化的光致抗蚀剂层在第一区具有多个第一开口且具有第一厚度，而在第二区上的第一图案化的光致抗蚀剂层至少有第一部分的第二厚度小于在第一区上的第一图案化的光致抗蚀剂层的第一厚度。之后，在多个第一开口之中以及第一图案化的光致抗蚀剂层上形成第二光致抗蚀剂层。

在本发明一实施例中，上述第二区上的第一图案化的光致抗蚀剂层还包括紧邻第一区的第二部分，第二部分的第三厚度大于第一部分的第二厚度，且第二部分与第一部分连续。

在本发明一实施例中，上述的第二部分的第三厚度等于在第一区上的第一图案化的光致抗蚀剂层的第一厚度。

在本发明一实施例中，上述的第一图案化的光致抗蚀剂层的形成方法包括下列步骤。首先，在基底上形成第一光致抗蚀剂层。接着，以第一光罩为罩幕，对第一光致抗蚀剂层进行曝光，其中第一光罩对应第二区的透光率低于对应第一区的多个第一开口的透光率。继之，显影第一光致抗蚀剂层，以形成第一图案化的光致抗蚀剂层。

在本发明一实施例中，上述的第一光罩包括三调式光罩。

在本发明一实施例中，上述的三调式光罩包括透明基板、第一半透光层及第二半透光层。透明基板包括第三区及第四区，其中第三区对应基板的第一区，且第四区对应基板的第二区。第一半透光层是位于透明基板的第三区与第四区上。第二半透光层至少位于第三区中的第一半透光层上。另外，在第三区上的第一半透光层以及第二半透光层具有多个第二开口，这些第二开口对应基底的第一区上的多个第一开口，且裸露出第三区中的透明基板。

在本发明一实施例中，上述的透明基板、第一半透光层与第二半透光层的透光率彼此不同。

在本发明一实施例中，上述的透明基板的透光率高于第一半透光层的透光率，且第一半透光层的透光率高于第二半透光层的透光率。

在本发明一实施例中，上述第一半透光层的透光率为20%至60%，而第二半透光层的透光率为30%至70%。

在本发明一实施例中，上述透明基板的材料例如是石英。

在本发明一实施例中，上述的第一半透光层及第二半透光层包括氮化硅钼（MoSi_xN_y）层，其具有不同的x及y的组合。

在本发明一实施例中，上述在第二区上的第一图案化的光致抗蚀剂层的至少第一部分的第二厚度是第一区上的第一图案化的光致抗蚀剂层的第一厚度的30%至70%。

在本发明一实施例中，上述在第二区上的第一图案化的光致抗蚀剂层的第一部分的第二厚度与第二光致抗蚀剂层的厚度的总和是第一区上的第二光致抗蚀剂层的厚度的85%到95%。

在本发明一实施例中，上述在第二区上的第一图案化的光致抗蚀剂层的第一部分的第二厚度与第二光致抗蚀剂层的厚度的总和与第一区上的第二光致抗蚀剂层的厚度差为50埃至150埃。

在本发明一实施例中，上述的双重图案化的方法，还包括下列步骤。首先，图案化第二光致抗蚀剂层，以在第一区上的第一图案化的光致抗蚀剂层的上述第一开口中形成第二图案化的光致抗蚀剂层。接着，以第一图案化的光致抗蚀剂层以及第二图案化的光致抗蚀剂层为罩幕，图案化目标层。

在本发明一实施例中，上述的第一区例如是晶胞区，且第二区例如是周边区。

基于上述，本发明所提出的双重图案化的方法利用一道光罩工艺即可在基底的第一区上及第二区上形成具不同厚度的第一图案化的光致抗蚀剂层，从而使得第二光致抗蚀剂层可均匀地覆盖在整个第一区上，以得到良好的曝光显影环境及准确的转移图案，并降低工艺复杂度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A到图1E为根据本发明的第一实施例所示出的双重图案化的制造流程剖面图；

图2A到图2C为根据本发明的第二实施例所示出的双重图案化的制造流程剖面图。

附图标记说明：

20、40：光罩；

100：基底；

102：第一区；

104：第二区；

106：目标层；

107：第一光致抗蚀剂层；

108、308：第一图案化的光致抗蚀剂层；

109、309、212、412：开口；

110、310：第二光致抗蚀剂层；

112、312：第二图案化的光致抗蚀剂层；

200、400：透明基板；

202、402：第三区；

204、404：第四区；

208、408：第一半透光层；

210、410：第二半透光层；

Da、Db、Dc、Dd、Da’、Db’、Dc’、Dd’、De’：厚度；

Dc-d、Dc’-d’：厚度差。

具体实施方式

图1A到图1E为根据本发明的第一实施例所示出的双重图案化的制造流程剖面图。

首先，请参照图1A，提供基底100，其具有第一区102及第二区104。此基底100例如是硅基底。在一实施例中，第一区102例如是晶胞区，而第二区104例如是周边区。继之，在基底100上形成目标层106。此目标层106的材料例如是导体材料、半导体材料或介电层材料。

接着，请参照图1B，在目标层106上形成第一光致抗蚀剂层107。第一光致抗蚀剂层107的形成方法包括旋涂法。第一光致抗蚀剂层107的材料例如是正型或负型的光致抗蚀剂材料。所使用的光致抗蚀剂材料种类需配合所使用的光罩形式，在此实施例中以正光致抗蚀剂为例进行说明，但本发明并不此为限。

然后，请参照图1C，以光罩20为罩幕对第一光致抗蚀剂层107进行曝光处理，再进行显影处理，以形成第一图案化的光致抗蚀剂层108。第一图案化的光致抗蚀剂层108在第一区102上具有多个开口109，且第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层108的厚度Db小于在第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层108的厚度Da。在一实施例中，第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层108的厚度Db约为第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层108厚度Da的30%至70%。应注意，附图仅作为说明之用，并非用以限定本发明。因此，图1C中的厚度Db与厚度Da之间的关系可能会与实际上厚度之间的关系不同，可以视第一图案化的光致抗蚀剂层108的分布密度或其他因素而调整。此外，在图1C中，第二区104上全部的第一图案化的光致抗蚀剂层108的厚度Db大致相同且小于在第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层108的厚度Da。然而，本发明并不以此为限。

另外，在一实施例中，光罩20例如是三调式光罩，其包括透明基板200、第一半透光层208及第二半透光层210。透明基板200包括第三区202及第四区204，而第三区202对应基底100的第一区102及第四区204对应基底100的第二区104。

第一半透光层208是位于透明基板200的第三区202与第四区204上，且在第三区202中有图案化，而在第四区204中没有图案化。第二半透光层210是位于第三区202中的经图案化的第一半透光层208上。另外，在第三区202上的第一半透光层208以及第二半透光层210具有多个开口212，其对应基底100的第一区102上的多个开口109，且裸露出部分的下层透明基板200。

透明基板200、第一半透光层208与第二半透光层210的透光率彼此不同。在一实施例中，透明基板200的透光率高于第一半透光层208的透光率，且第一半透光层208的透光率高于第二半透光层210的透光率。举例而言，第一半透光层208的透光率约为20%至60%，而第二半透光层210的透光率约为30%至70%。透明基板200例如是由石英或其他透明材料所组成。第一半透光层208例如是氮化硅钼层。第二半透光层210例如是具有不同x及y组合的氮化硅钼层。

由于透明基板200的第四区204上配置有第一半透光层208，而其第三区202上的开口212裸露出部分的透明基板200，故光罩20的第四区204（其对应基底100的第二区104）的透光率约低于光罩20的第三区202（其对应基底100的第一区102）的多个开口212的透光率。

更详细而言，对应光罩20的第二半透光层210的第一光致抗蚀剂层107仅受到轻微地曝光，故在显影后几乎不会被移除。对应光罩20的开口212的第一光致抗蚀剂层107，由于透明基板200的透光率较高而受到高度地曝光，因此在显影后可完全地被移除，而形成开口109。对应光罩20的第四区204的第一光致抗蚀剂层107，由于光罩20的第四区204的透光率较低而受到相对不足地曝光，因此在显影后可部分被移除，而得到厚度Db较薄的第一图案化的光致抗蚀剂层108。

在本实施例中，虽然第一图案化的光致抗蚀剂层108的形成方法是以上述方法形成，但第一图案化的光致抗蚀剂层108的形成方法并不以此为限。

继之，请参照图1D，在第一区102的多个开口109中以及第一图案化的光致抗蚀剂层108上形成第二光致抗蚀剂层110。第二光致抗蚀剂层110的形成方法包括旋转涂布。由于第一图案化的光致抗蚀剂层108在第二区104上有至少一部分的厚度Db小于其在第一区102上的厚度Da，使得第二光致抗蚀剂层110大致均匀的覆盖在第一区102与第二区104上。在附图中，是以在第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层108上的第二光致抗蚀剂层110的厚度Dc大于第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层108的厚度Db与第二光致抗蚀剂层110的厚度的总厚度Dd来表示。然而，本发明并不以此为限。在另一实施例中，在第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层108上的第二光致抗蚀剂层110的厚度Dc也可以小于第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层108的厚度Db与第二光致抗蚀剂层110的厚度的总厚度Dd。此外，在一实施例中，基底100的第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层108的厚度Db与第二光致抗蚀剂层110的厚度的总厚度Dd是第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层108上的第二光致抗蚀剂层110的厚度Dc的85%至95%。在另一实施例中，第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层108上的第二光致抗蚀剂层110的厚度Dc与第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层108的厚度Db与第二光致抗蚀剂层110的厚度的总厚度Dd的厚度差Dc-d为50埃至150埃。

之后，请参照图1E，图案化第二光致抗蚀剂层110，以在第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层108的多个开口109中形成第二图案化的光致抗蚀剂层112。接着，以第一图案化的光致抗蚀剂层108以及第二图案化的光致抗蚀剂层112为罩幕，图案化目标层106，以得到分布密度高于第一图案化的光致抗蚀剂层108或第二图案化的光致抗蚀剂层112的双重图案。

基于第一实施例可知，通过光罩20可在基底100的第一区102上及第二区104上形成厚度（Da及Db）不同的第一图案化的光致抗蚀剂层108，其中厚度Db小于厚度Da，使得后续可在整个第一区102上均匀地覆盖第二光致抗蚀剂层110，因此有效地得到良好的曝光显影环境，并降低工艺复杂度。

图2A到图2C为根据本发明的第二实施例所示出的双重图案化的制造流程剖面图。其中，图2A为接续图1B的后所进行的步骤。此外，除了使用不相同的光罩外，第二实施例以与第一实施例相同的工艺来进行双重图案化。因此，第二实施例和第一实施例中相同或相类似的构件可采用相同的材料或方法来进行，故于此不再赘述。

首先，请参照图2A，以光罩40为罩幕，对第一光致抗蚀剂层107进行曝光处理，再进行显影处理，以形成第一图案化的光致抗蚀剂层308。第一图案化的光致抗蚀剂层308在第一区102上具有多个开口309。在第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层308有第一部分的厚度Db’小于在第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层308的厚度Da’，且在第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层308有第二部分的厚度De’大于在第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层308的厚度Da’，其中第二部分紧邻第一区102且与第一部分连续。在一实施例中，第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层308的第一部分的厚度Db’约为第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层308厚度Da’的30%至70%，而第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层308的第二部分的厚度De’与第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层308厚度Da’大致相同。应注意，附图仅作为解说之用，并非用以限定本发明。因此，图2A中的厚度Db’与厚度Da'之间的关系可能会与实际上厚度之间的关系不同，可以视第一图案化的光致抗蚀剂层308的分布密度或其他因素而调整。

另外，在一实施例中，光罩40例如是三调式光罩，其包括透明基板400、第一半透光层408及第二半透光层410。透明基板400包括第三区402及第四区404。第三区402对应基底100的第一区102；第四区404对应基底100的第二区104。

第一半透光层408是位于透明基板400的第三区402与第四区404上，且在第三区402中有图案化，而在第四区404中没有图案化。第二半透光层410主要是位于第三区402的第一半透光层408上，并有对应第二区104中第一图案化光致抗蚀剂层308的厚度De’部分的一小部分位在第四区404的第一半透光层408上。另外，在第三区402上的第一半透光层408以及第二半透光层410具有裸露出部分透明基板400的多个开口412，其对应基底100的第一区102上的多个开口309。

透明基板400、第一半透光层408与第二半透光层410的透光率彼此不同。在一实施例中，透明基板400的透光率高于第一半透光层408的透光率，且第一半透光层408的透光率高于第二半透光层410的透光率。举例而言，第一半透光层408的透光率约为20%至60%，而第二半透光层410的透光率约为30%至70%。透明基板400例如是由石英或其他透明材料所组成。第一半透光层408例如是氮化硅钼层。第二半透光层410例如是具有不同x及y组合的氮化硅钼层。

由于透明基板400的第四区404上配置有第一半透光层408，而其第三区402上的开口412裸露出部分的透明基板400，故光罩40的第四区404（其对应基底100的第二区104）的透光率约低于光罩40的第三区402（其对应基底100的第一区102）的多个开口412的透光率。

更详细而言，对应光罩40的第二半透光层410的第一光致抗蚀剂层107仅受到轻微地曝光，故在显影后几乎不会被移除。对应光罩40的开口412的第一光致抗蚀剂层107，由于透明基板400的透光率较高而受到高度地曝光，因此在显影后可完全地被移除，而形成开口309。对应光罩40的第四区404的第一光致抗蚀剂层107，由于光罩40的第四区404及一小部分的第二半透光层410的透光率较低而受到相对不足地曝光或仅轻微地曝光，因此在显影后可部分被移除或几乎未被移除，而得到在第二区104中有较厚的厚度De’部分及较薄的厚度Db’部分的第一图案化的光致抗蚀剂层308。

在本实施例中，虽然第一图案化的光致抗蚀剂层308的形成方法是以上述方法形成，但第一图案化的光致抗蚀剂层308的形成方法并不以此为限。

继之，请参照图2B，在第一区102的多个开口309中以及第一图案化的光致抗蚀剂层308上形成第二光致抗蚀剂层310。由于在第二区104上大部分第一图案化的光致抗蚀剂层308的厚度Db’小于其在第一区102上的厚度Da’，使得在第二光致抗蚀剂层310可大致均匀地覆盖在第一区102与第二区104上。在附图中，是以在第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层308上的第二光致抗蚀剂层310的厚度Dc’大于第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层308的厚度Db’与第二光致抗蚀剂层310的厚度的总厚度Dd’来表示。然而，本发明并不以此为限。在另一实施例中，在第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层308上的第二光致抗蚀剂层310的厚度Dc’也可以小于第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层308的厚度Db’与第二光致抗蚀剂层310的厚度的总厚度Dd’。

在一实施例中，第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层308的厚度Db’与第二光致抗蚀剂层310的厚度的总厚度Dd’是第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层308上的第二光致抗蚀剂层310的厚度Dc’的85%到95%。在另一实施例中，第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层308上的第二光致抗蚀剂层310的厚度Dc’与第二区104上的第一图案化的光致抗蚀剂层308的厚度Db’与第二光致抗蚀剂层310的厚度的总厚度Dd’的厚度差Dc’-d’为50埃至150埃。

之后，请参照图2C，在形成第二光致抗蚀剂层310后，首先，图案化第二光致抗蚀剂层310，以在第一区102上的第一图案化的光致抗蚀剂层308的多个开口309中形成第二图案化的光致抗蚀剂层312。接着，以第一图案化的光致抗蚀剂层308以及第二图案化的光致抗蚀剂层312为罩幕，图案化目标层106，以得到分布密度高于第一图案化的光致抗蚀剂层308或第二图案化的光致抗蚀剂层312的双重图案。

基于第二实施例可知，通过光罩40可在基底100的第一区102上及大部分的第二区104上形成厚度（Da’及Db’）不同的第一图案化的光致抗蚀剂层308，其中厚度Db’小于厚度Da’，使得后续可在整个第一区102上均匀地覆盖第二光致抗蚀剂层310，因此有效地得到良好的曝光显影环境，并降低工艺复杂度。

综上所述，上述实施例所提出的双重图案化的制造方法仅需要一道光罩工艺即可在基底的第一区上及第二区上形成具有不同厚度的第一图案化的光致抗蚀剂层，使得后续形成的第二光致抗蚀剂层在整个第一区上具有均匀的厚度，以得到良好的曝光显影环境，并降低工艺复杂度。

另外，通过光罩的透光率的调配，可改变第二区上第一图案化的光致抗蚀剂层的厚度及图案，以有效地增加第一图案化的光致抗蚀剂层上的覆盖均匀性，提供高度弹性及控制性的双重图案化方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (16)

1.一种双重图案化的方法，其特征在于，包括：

提供一基底，上述基底包括第一区及第二区；

在上述基底上形成目标层；

在上述目标层上形成第一图案化的光致抗蚀剂层，上述第一图案化的光致抗蚀剂层在上述第一区具有多个第一开口且具有第一厚度，而在上述第二区上的上述第一图案化的光致抗蚀剂层至少有第一部分的第二厚度小于在上述第一区上的上述第一图案化的光致抗蚀剂层的上述第一厚度；以及

于上述第一开口之中以及上述第一图案化的光致抗蚀剂层上形成第二光致抗蚀剂层。

2.根据权利要求1所述的双重图案化的方法，其特征在于，上述第二区上的上述第一图案化的光致抗蚀剂层还包括紧邻上述第一区的第二部分，上述第二部分的第三厚度大于上述第一部分的上述第二厚度，且上述第二部分与上述第一部分连续。

3.根据权利要求2所述的双重图案化的方法，其特征在于，上述第二部分的上述第三厚度等于在上述第一区上的上述第一图案化的光致抗蚀剂层的上述第一厚度。

4.根据权利要求1所述的双重图案化的方法，其特征在于，上述第一图案化的光致抗蚀剂层的形成方法包括：

于上述基底上形成第一光致抗蚀剂层；

以光罩对上述第一光致抗蚀剂层进行曝光，其中上述光罩对应上述第二区的透光率低于对应上述第一区的上述第一开口的透光率；以及

显影上述第一光致抗蚀剂层，以形成上述第一图案化的光致抗蚀剂层。

5.根据权利要求4所述的双重图案化的方法，其特征在于，上述光罩包括三调式光罩。

6.根据权利要求5所述的双重图案化的方法，其特征在于，上述三调式光罩包括：

透明基板，包括第三区及第四区，其中上述第三区对应上述基板的上述第一区，上述第四区对应上述基板的上述第二区；

第一半透光层，位于上述透明基板的上述第三区与上述第四区上；以及

第二半透光层，至少位于上述第三区中的上述第一半透光层上；

其中在上述第三区上的上述第一半透光层以及上述第二半透光层具有多个第二开口，上述第二开口对应上述基底的上述第一区上的上述第一开口，且裸露出上述第三区中的上述透明基板。

7.根据权利要求6所述的双重图案化的方法，其特征在于，上述透明基板、上述第一半透光层与上述第二半透光层的透光率彼此不同。

8.根据权利要求7所述的双重图案化的方法，其特征在于，上述透明基板的透光率高于上述第一半透光层的透光率，且上述第一半透光层的透光率高于上述第二半透光层的透光率。

9.根据权利要求8所述的双重图案化的方法，其特征在于，上述第一半透光层的透光率为20%至60%；上述第二半透光层的透光率为30%至70%。

10.根据权利要求6所述的双重图案化的方法，其特征在于，上述透明基板的材料包括石英。

11.根据权利要求6所述的双重图案化的方法，其特征在于，上述第一半透光层及上述第二半透光层包括氮化硅钼层，其具有不同的x及y的组合。

12.根据权利要求1所述的双重图案化的方法，其特征在于，在上述第二区上的上述第一图案化的光致抗蚀剂层的至少上述第一部分的上述第二厚度是在上述第一区上的上述第一图案化的光致抗蚀剂层的上述第一厚度的30%至70%。

13.根据权利要求1所述的双重图案化的方法，其特征在于，在上述第二区上的上述第一图案化的光致抗蚀剂层的上述第一部分的上述第二厚度与上述第二光致抗蚀剂层的厚度的总和是上述第一区上的上述第二光致抗蚀剂层的厚度的85%至95%。

14.根据权利要求1所述的双重图案化的方法，其特征在于，在上述第二区上的上述第一图案化的光致抗蚀剂层的上述第一部分的上述第二厚度与上述第二光致抗蚀剂层的厚度的总和与上述第一区上的上述第二光致抗蚀剂层的厚度差为50埃至150埃。

15.根据权利要求1所述的双重图案化的方法，其特征在于，还包括：

图案化上述第二光致抗蚀剂层，以在上述第一区上的上述第一图案化的光致抗蚀剂层的上述第一开口中形成一第二图案化的光致抗蚀剂层；以及

以上述第一图案化的光致抗蚀剂层以及上述第二图案化的光致抗蚀剂层为罩幕，图案化上述目标层。

16.根据权利要求1所述的双重图案化的方法，其特征在于，上述第一区包括晶胞区；上述第二区包括周边区。

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