JP2009226762A - インプリントモールド、インプリントモールド製造方法、微細構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】転写された微細構造体と設計寸法との間を好適に見積もれるインプリントモールドを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明によれば、凹凸パターン幅が小さくなるに従って凹部の側壁角度が傾斜が大きくなることにより、硬化収縮による傾斜変化とインプリントモールドの凹部の傾斜形状とが互いに相殺されるため、凹凸パターン幅の異なる凹凸パターンが転写された微細構造体の側壁角度のバラツキを抑制することが出来る。よって、側壁角度のバラツキを抑制されることから、転写された微細構造体と設計寸法との間を好適に見積もることが可能となる。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明によれば、凹凸パターン幅が小さくなるに従って凹部の側壁角度が傾斜が大きくなることにより、硬化収縮による傾斜変化とインプリントモールドの凹部の傾斜形状とが互いに相殺されるため、凹凸パターン幅の異なる凹凸パターンが転写された微細構造体の側壁角度のバラツキを抑制することが出来る。よって、側壁角度のバラツキを抑制されることから、転写された微細構造体と設計寸法との間を好適に見積もることが可能となる。
【選択図】 図２
Description
本発明は、インプリントモールド、該インプリントモールドの製造に好適なインプリントモールド製造方法、並びに、該インプリントモールドが好適に形成できる微細構造体に関する。
近年、様々な形状の微細構造体が、広範に用いられている。
例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、記録デバイス（ハードディスクやＤＶＤなど）、医療検査用チップ（ＤＮＡ分析用途など）、ディスプレイパネル、マイクロ流路、マイクロリアクタ、ＭＥＭＳデバイス、などが挙げられる。
例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、記録デバイス（ハードディスクやＤＶＤなど）、医療検査用チップ（ＤＮＡ分析用途など）、ディスプレイパネル、マイクロ流路、マイクロリアクタ、ＭＥＭＳデバイス、などが挙げられる。
このような微細構造体を形成する方法として、インプリント法（もしくはナノインプリント法）と呼ばれる非常に簡易であるが大量生産に向き、格段に微細なパターンを忠実に転写可能な技術が提案されている（非特許文献１参照）。
インプリント法は、最終的に転写すべきパターンのネガポジ反転像に対応する凹凸パターンが形成されたインプリントモールドと呼ばれる原型を、樹脂に型押しし、その状態で樹脂を硬化させることで、パターン転写を行うものである。
例えば、熱により樹脂を硬化させる熱インプリント法が提案されている（特許文献１参照）。
例えば、露光光により樹脂を硬化させる光インプリント法が提案されている（特許文献２参照）。
以下、具体的に一例として、一般的なインプリント法について例示する。
まず、基板上に、凹凸パターン１００を有するインプリントモールド１０１を製造する（図１（ａ））。
次に、転写基板１０２上に樹脂１０３を塗布する（図１（ｂ））。
次に、インプリントモールド１０１を樹脂１０３に圧着させる（図１（ｃ））。
次に、圧着した状態で、樹脂１０３を硬化させる（図１（ｄ））。
次に、インプリントモールド１０１を離型する（図１（ｅ））。
特開２００４−３３５０１２号公報
特開２０００−１９４１４２号公報
S.Y.Chou,et.al.,Appl.Phys.Lett., vol.67, pp.3314(1995)
まず、基板上に、凹凸パターン１００を有するインプリントモールド１０１を製造する（図１（ａ））。
次に、転写基板１０２上に樹脂１０３を塗布する（図１（ｂ））。
次に、インプリントモールド１０１を樹脂１０３に圧着させる（図１（ｃ））。
次に、圧着した状態で、樹脂１０３を硬化させる（図１（ｄ））。
次に、インプリントモールド１０１を離型する（図１（ｅ））。
しかしながら、従来のインプリントモールドを用いてインプリントする場合、樹脂を硬化する際に収縮が起こり、転写された微細構造体の側壁が傾斜した形状となってしまう。
このような樹脂収縮は、どのような樹脂でも一般的に発生するが、光硬化性樹脂の場合、特に顕著に見られる。
このような樹脂収縮は、どのような樹脂でも一般的に発生するが、光硬化性樹脂の場合、特に顕著に見られる。
本発明者らは、鋭意検討の結果、樹脂収縮による転写された微細構造体の傾斜はインプリントモールドの凹凸パターンの凹凸パターン幅と相関があることを見出した。これによれば、樹脂は凹凸パターン幅に関係なく、同率の硬化収縮率を持っているため、凹凸パターン幅によって硬化収縮後の傾斜の傾きが異なり、凹凸パターン幅が大きいほど凹部の硬化収縮後の傾斜変化が著しくなる（図１（ｅ））。
よって、凹凸パターン幅によって転写された微細構造体の側壁角度が異なり、転写された微細構造体と設計寸法との間の差における線形性が悪くなってしまう。
よって、凹凸パターン幅によって転写された微細構造体の側壁角度が異なり、転写された微細構造体と設計寸法との間の差における線形性が悪くなってしまう。
そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、転写された微細構造体と設計寸法との間を好適に見積もれるインプリントモールドを提供することを目的とする。
請求項１に記載の本発明は、微細凹凸パターンの形成に用いるインプリントモールドであって、基板と、前記基板に設けられた凹凸パターンと、を備え、前記凹凸パターンは、凹凸パターン幅が小さくなるに従って凹部の側壁角度の傾斜が大きくなる凹凸パターンであることを特徴とするインプリントモールドである。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のインプリントモールドであって、凹凸パターンは、凹凸パターン幅が一番大きい部位の凹部の側壁角度は垂直であることを特徴とするインプリントモールドである。
請求項３に記載の本発明は、微細凹凸パターンの形成に用いるインプリントモールド製造方法であって、基板に電子線レジストを塗布する工程と、前記電子線レジストを露光し、レジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとしてエッチングを行う工程と、を備え、前記電子線レジストを露光し、レジストパターンを形成する工程は、レジストパターンの幅により電子線露光の焦点深度を変更させて露光を行う工程であることを特徴とするインプリントモールド製造方法である。
請求項４に記載の本発明は、インプリントモールドを用いて形成された微細凹凸パターンを有する微細構造体であって、幅が異なる凸部を複数有する凹凸パターンを備え、微細構造体の垂直断面にあって、前記凸部の左側面の側壁角度が、微細凹凸パターン内部で同じであり、前記凸部の右側面の側壁角度が、微細凹凸パターン内部で同じであることを特徴とする微細構造体である。
本発明によれば、凹凸パターン幅が小さくなるに従って凹部の側壁角度が傾斜が大きくなることにより、硬化収縮による傾斜変化とインプリントモールドの凹部の傾斜形状とが互いに相殺されるため、凹凸パターン幅の異なる凹凸パターンが転写された微細構造体の側壁角度のバラツキを抑制することが出来る。よって、側壁角度のバラツキを抑制されることから、転写された微細構造体と設計寸法との間を好適に見積もることが可能となる。
以下、具体的に本発明のインプリントモールドについて説明を行う。
＜基板＞
本発明のインプリントモールドでは、基板は、凹凸パターンを形成するのに充分な加工特性／機械強度を備えていればそれで足るものであり、特に限定されるものではない。
例えば、（１）石英、ガラス、などＳｉＯ２を含む基板、（２）サファイア基板、（３）シリコン基板、（４）負膨張性マンガン窒化物を含む基板、などを用いても良い。また、複数の材料が積層された積層基板であってもよい。
光インプリント法に用いるインプリントモールドの場合、基板は露光光に対し透光性を備えることが求められるため、一般的な露光光に対し透光性を備えた石英基板、サファイア基板などを用いることが好ましい。
本発明のインプリントモールドでは、基板は、凹凸パターンを形成するのに充分な加工特性／機械強度を備えていればそれで足るものであり、特に限定されるものではない。
例えば、（１）石英、ガラス、などＳｉＯ２を含む基板、（２）サファイア基板、（３）シリコン基板、（４）負膨張性マンガン窒化物を含む基板、などを用いても良い。また、複数の材料が積層された積層基板であってもよい。
光インプリント法に用いるインプリントモールドの場合、基板は露光光に対し透光性を備えることが求められるため、一般的な露光光に対し透光性を備えた石英基板、サファイア基板などを用いることが好ましい。
＜凹凸パターン＞
本発明のインプリントモールドでは、凹凸パターンは、凹凸パターン幅が小さくなるに従って凹部の側壁角度の傾斜が大きくなる。
凹凸パターン幅が小さくなるに従って凹部の側壁角度が傾斜が大きくなることにより、硬化収縮による傾斜変化とインプリントモールドの凹部の傾斜形状とが互いに相殺されるため、凹凸パターン幅の異なる凹凸パターンが転写された微細構造体の側壁角度のバラツキを抑制することが出来る。よって、側壁角度のバラツキを抑制されることから、転写された微細構造体と設計寸法との間を好適に見積もることが可能となる。
本発明のインプリントモールドでは、凹凸パターンは、凹凸パターン幅が小さくなるに従って凹部の側壁角度の傾斜が大きくなる。
凹凸パターン幅が小さくなるに従って凹部の側壁角度が傾斜が大きくなることにより、硬化収縮による傾斜変化とインプリントモールドの凹部の傾斜形状とが互いに相殺されるため、凹凸パターン幅の異なる凹凸パターンが転写された微細構造体の側壁角度のバラツキを抑制することが出来る。よって、側壁角度のバラツキを抑制されることから、転写された微細構造体と設計寸法との間を好適に見積もることが可能となる。
凹凸パターンの凹部の側壁角度の傾斜角度については、インプリント法に用いる樹脂の収縮に応じて適宜決定し、設計して良い。
例えば、具体的には、図２に示すように、あらかじめ凹凸パターン幅の設計寸法が大きい凹凸パターンで樹脂の硬化収縮後の傾斜角度θを見積もり、凹凸パターン幅の設計寸法が小さいパターンの設計寸法との差が等しくなるように、凹部１Ａ、１Ｃの傾斜角度θを決定しても良い。
また、このような傾斜角度の算定を、計算機を用いたシミュレーション（モンテカルロ法など）により、行っても良い。
一般的に、インプリント法に用いられる樹脂は３％〜２０％の硬化収縮率を持っている。一例として、硬化収縮率１４％とした場合における転写パターンの収縮シミュレーション結果を、図４に示す。
例えば、具体的には、図２に示すように、あらかじめ凹凸パターン幅の設計寸法が大きい凹凸パターンで樹脂の硬化収縮後の傾斜角度θを見積もり、凹凸パターン幅の設計寸法が小さいパターンの設計寸法との差が等しくなるように、凹部１Ａ、１Ｃの傾斜角度θを決定しても良い。
また、このような傾斜角度の算定を、計算機を用いたシミュレーション（モンテカルロ法など）により、行っても良い。
一般的に、インプリント法に用いられる樹脂は３％〜２０％の硬化収縮率を持っている。一例として、硬化収縮率１４％とした場合における転写パターンの収縮シミュレーション結果を、図４に示す。
また、本発明のインプリントモールドでは、凹凸パターンは、凹凸パターン幅が一番大きい部位の凹部の側壁角度が垂直であることが好ましい。凹凸パターン幅が一番大きい部位の凹部の側壁角度は垂直とすることにより、インプリントモールドを用いて形成された微細構造体の硬化収縮による側壁角度の影響を測る基準を、凹凸パターン幅が一番大きい部位とすることが出来、他のパターンとの相対的な収縮誤差を計るのに好適である。
凹凸パターンの形成については、適宜公知の微細加工技術を用いて行って良い。例えば、微細加工技術として、リソグラフィ方法、エッチング方法、微細機械加工法（レーザ加工、マシニング加工、研削加工など）などを用いても良い。
以下、具体的に、本発明のインプリントモールド製造方法について、説明を行う。
なお、下記実施の形態において示すインプリントモールド製造方法は、本発明のインプリントモールドの製造に好適なインプリントモールド製造方法の一例であり、本発明のインプリントモールドは下記インプリントモールド製造方法にて製造されたものに限定されるものではない。
なお、下記実施の形態において示すインプリントモールド製造方法は、本発明のインプリントモールドの製造に好適なインプリントモールド製造方法の一例であり、本発明のインプリントモールドは下記インプリントモールド製造方法にて製造されたものに限定されるものではない。
＜基板に電子線レジストを塗布する工程＞
まず、基板に電子線レジストを塗布する。
まず、基板に電子線レジストを塗布する。
電子線レジストは、電子線露光により疎化／硬化する性質を示す樹脂であればそれで足るものである。
また、本発明のインプリントモールド製造方法に用いる電子線レジストとしては、非化学増幅型電子線レジストであることが好ましい。本発明者らの検討によれば、非化学増幅型電子線レジストを用いることにより、プロセス条件によりレジストパターン断面の傾斜形状に変化が生じやすいため、後述するレジストパターン形成において好適にレジストパターンの側壁に傾斜を形成することが出来る。
また、本発明のインプリントモールド製造方法に用いる電子線レジストとしては、非化学増幅型電子線レジストであることが好ましい。本発明者らの検討によれば、非化学増幅型電子線レジストを用いることにより、プロセス条件によりレジストパターン断面の傾斜形状に変化が生じやすいため、後述するレジストパターン形成において好適にレジストパターンの側壁に傾斜を形成することが出来る。
電子線レジストの塗布方法としては、適宜公知の塗布方法を用いて良い。例えば、スピンコート法、ダイコート法などを用いても良い。
＜電子線レジストを露光し、レジストパターンを形成する工程＞
次に、電子線レジストを露光し、レジストパターンを形成する。
このとき、レジストパターンの幅により電子線露光の焦点深度を変更させて露光を行う。電子線露光の焦点深度を変更することにより。電子線レジストの塗布水平方向において露光量が分布する。このため、現像することにより、好適にレジストパターンの側壁を傾斜させることが出来る。
次に、電子線レジストを露光し、レジストパターンを形成する。
このとき、レジストパターンの幅により電子線露光の焦点深度を変更させて露光を行う。電子線露光の焦点深度を変更することにより。電子線レジストの塗布水平方向において露光量が分布する。このため、現像することにより、好適にレジストパターンの側壁を傾斜させることが出来る。
本発明者らの検討によれば、焦点深度とレジストパターンの側壁角度とには相関があることが確認されており、焦点深度を制御することで所望する側壁角度を備えたレジストパターンを形成することが出来る。このため、描画時の最適フォーカス値を決めるにあたって、あらかじめ取得してある描画フォーカス値とレジストパターン断面形状の関係を表す実験データを元に決定してもよい。
このとき、描画フォーカス値の範囲は、−１μｍから−１００μｍの範囲が好ましく、−６０μｍから−１００μｍの範囲であることがより好ましい。
このとき、描画フォーカス値の範囲は、−１μｍから−１００μｍの範囲が好ましく、−６０μｍから−１００μｍの範囲であることがより好ましい。
また、検討の結果、同一の焦点深度であっても、凹凸パターン幅が小さいほど、側壁角度の傾斜が大きくなる傾向があることを見出した。このため、適切な焦点深度を決定すれば、凹凸パターン幅に応じてレジストパターンの側壁を傾斜させることが出来る。
＜レジストパターンをマスクとしてエッチングを行う工程＞
次に、側壁が傾斜したレジストパターンをエッチングマスクとして、基板にエッチングを行う。レジストパターンの傾斜に応じて、エッチング後のモールドの凹部の傾斜も変化するため、パターン幅に応じて傾斜が変化した凹凸パターンを好適に形成することが出来る。
次に、側壁が傾斜したレジストパターンをエッチングマスクとして、基板にエッチングを行う。レジストパターンの傾斜に応じて、エッチング後のモールドの凹部の傾斜も変化するため、パターン幅に応じて傾斜が変化した凹凸パターンを好適に形成することが出来る。
エッチング方法としては、適宜公知のエッチング方法を用いて良い。エッチングの条件は、レジストパターンの形状をそのまま反映させるため、垂直なレジストパターンが垂直形状にエッチングされる条件で行うことが好ましい。
また、本発明のインプリントモールド製造方法に用いるエッチング方法としては、ドライエッチングを用いることが好ましい。ドライエッチングはエッチング条件（ガス種／ガス流量など）を制御することにより、垂直なレジストパターンが垂直形状にエッチングされる条件を好適に決定することが出来る。
このとき、ドライエッチングに用いるドライエッチング装置としては、プラズマ発生方法に依存せず、任意のドライエッチング装置を用いて良い。例えば、ＩＣＰ型ドライエッチング装置、ＲＩＥ型ドライエッチング装置、ＥＣＲ型ドライエッチング装置、マイクロ波型ドライエッチング装置、並行平板型ドライエッチング装置、ヘリコン派型ドライエッチング装置、などを用いても良い。
このとき、ドライエッチングに用いるドライエッチング装置としては、プラズマ発生方法に依存せず、任意のドライエッチング装置を用いて良い。例えば、ＩＣＰ型ドライエッチング装置、ＲＩＥ型ドライエッチング装置、ＥＣＲ型ドライエッチング装置、マイクロ波型ドライエッチング装置、並行平板型ドライエッチング装置、ヘリコン派型ドライエッチング装置、などを用いても良い。
また、エッチング後、レジストパターンが残存している場合は、レジストパターンの剥離を行っても良い。例えば、剥離方法として、Ｏ２プラズマアッシング法などを用いても良い。
以上より、本発明のインプリントモールドを好適に製造することが出来る。
また、本発明のインプリントモールドは転写パターンの側壁角度を好適に制御することが出来るため、本発明のインプリントモールドを用いることにより、幅が異なる凸部を複数有する凹凸パターンを備え、微細構造体の垂直断面にあって、前記凸部の左側面の側壁角度が、微細凹凸パターン内部で同じであり、前記凸部の右側面の側壁角度が、微細凹凸パターン内部で同じである微細構造体を好適に形成することが出来る。なお、ここで、左側面／右側面とは、相対的に異なる側の側面を示すものである。
例えば、微細構造体をエッチングマスクとして用いる場合、このような微細構造体は転写基板垂直方向におけるエッチングマスクの分布が一様であるため、好適に転写基板に対するエッチングマスクとして作用する。
例えば、微細構造体をエッチングマスクとして用いる場合、このような微細構造体は転写基板垂直方向におけるエッチングマスクの分布が一様であるため、好適に転写基板に対するエッチングマスクとして作用する。
以下、本発明のインプリントモールド製造方法、本発明のインプリントモールドを用いたインプリント法について、具体的な実施例を示す。
＜インプリントモールドの製造＞
本発明のインプリントモールドにあって、光インプリント法に用いるのに好適なインプリントモールドを製造した。
本発明のインプリントモールドにあって、光インプリント法に用いるのに好適なインプリントモールドを製造した。
まず、基板として、合成石英基板を用意した。
次に、電子線ポジ型レジストとして、ＺＥＰ５２０Ａ（日本ゼオン株式会社製）を２００ｎｍの厚さで石英基板表面に塗布した（図３（ａ））。
次に、電子線描画装置を用いて、露光を行った。
このとき、電子線ポジ型レジストに対して１００ｎｍ〜１０μｍのラインパターンを描画した。
また、描画条件は、描画時のドーズを１００μＣ／ｃｍ２、描画フォーカス値を−１００μｍとした。
このとき、電子線ポジ型レジストに対して１００ｎｍ〜１０μｍのラインパターンを描画した。
また、描画条件は、描画時のドーズを１００μＣ／ｃｍ２、描画フォーカス値を−１００μｍとした。
次に、露光した電子線ポジ型レジストに対し現像を行い、レジストパターンを形成した（図３（ｂ））。
このとき、現像条件は、現像液はＺＥＤ−Ｎ５０を使用し、現像時間を２分、温度を２３．５度とした。
このとき、現像条件は、現像液はＺＥＤ−Ｎ５０を使用し、現像時間を２分、温度を２３．５度とした。
次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、石英基板をエッチングして凹凸パターンを形成した（図３（ｃ））。
このとき、エッチング条件は、ＣＦ４の流量を３０ｃｍ３／ｓ（３０ｓｃｃｍ）、Ｏ２の流量を３０ｃｍ３／ｓ（３０ｓｃｃｍ）、Ａｒの流量を５０ｃｍ３／ｓ（５０ｓｃｃｍ）、圧力を２Ｐａ、ＩＣＰパワーを５００Ｗ、ＲＩＥパワーを５００Ｗとした。
このとき、エッチング条件は、ＣＦ４の流量を３０ｃｍ３／ｓ（３０ｓｃｃｍ）、Ｏ２の流量を３０ｃｍ３／ｓ（３０ｓｃｃｍ）、Ａｒの流量を５０ｃｍ３／ｓ（５０ｓｃｃｍ）、圧力を２Ｐａ、ＩＣＰパワーを５００Ｗ、ＲＩＥパワーを５００Ｗとした。
次に、Ｏ２プラズマアッシングによって、電子線ポジ型レジストを基板から剥離し、インプリントモールドを製造した（図３（ｄ））。
＜インプリント法＞
上記製造したインプリントモールドを用いて、光インプリント装置にて光インプリント法を実施し、微細構造体を形成した。
上記製造したインプリントモールドを用いて、光インプリント装置にて光インプリント法を実施し、微細構造体を形成した。
まず、インプリントモールドの凹凸パターン面に、離型剤としてフッ素系表面処理剤ＥＧＣ−１７２０（住友３Ｍ）をコートした（図５（ａ））。
次に、インプリントの対象となる転写基板上に、光硬化性樹脂としてＰＡＫ−０１（東洋合成工業）１７２を３００ｎｍ厚でコートした（図５（ｂ））。
次に、インプリントモールドを光硬化性樹脂に接触させ、インプリントモールドのパターン裏面から光を照射し、光硬化性樹脂を硬化させた（図５（ｃ））。
このとき、光インプリントの条件は、プリベークなし（室温）、プレス圧力２ＭＰａ、ＵＶ露光量４０ｍＪ／ｃｍ２とした。
このとき、光インプリントの条件は、プリベークなし（室温）、プレス圧力２ＭＰａ、ＵＶ露光量４０ｍＪ／ｃｍ２とした。
次に、光硬化性樹脂の残膜をＯ２ＲＩＥ法により除去した（図５（ｄ））。
以上より、本発明のインプリントモールドを用いて、微細構造体を形成することが出来た（図５（ｅ））。
１、６、１０１…インプリントモールド
１ａ、６ａ…パターン面
１ｂ…パターン裏面
１Ａ、１Ｃ…凹部
１Ｂ…凸部
２、１０３…樹脂
３、１０２…転写基板
７…電子線レジスト
８Ａ、８Ｃ、１０４、１０５…微細構造体
１０…凹凸パターン
１１…電子線
１ａ、６ａ…パターン面
１ｂ…パターン裏面
１Ａ、１Ｃ…凹部
１Ｂ…凸部
２、１０３…樹脂
３、１０２…転写基板
７…電子線レジスト
８Ａ、８Ｃ、１０４、１０５…微細構造体
１０…凹凸パターン
１１…電子線
Claims (4)
- 微細凹凸パターンの形成に用いるインプリントモールドであって、
基板と、
前記基板に設けられた凹凸パターンと、を備え、
前記凹凸パターンは、凹凸パターン幅が小さくなるに従って凹部の側壁角度の傾斜が大きくなる凹凸パターンであること
を特徴とするインプリントモールド。 - 請求項１に記載のインプリントモールドであって、
凹凸パターンは、凹凸パターン幅が一番大きい部位の凹部の側壁角度は垂直であること
を特徴とするインプリントモールド。 - 微細凹凸パターンの形成に用いるインプリントモールド製造方法であって、基板に電子線レジストを塗布する工程と、
前記電子線レジストを露光し、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとしてエッチングを行う工程と、を備え、
前記電子線レジストを露光し、レジストパターンを形成する工程は、レジストパターンの幅により電子線露光の焦点深度を変更させて露光を行う工程であること
を特徴とするインプリントモールド製造方法。 - インプリントモールドを用いて形成された微細凹凸パターンを有する微細構造体であって、
幅が異なる凸部を複数有する凹凸パターンを備え、
微細構造体の垂直断面にあって、前記凸部の左側面の側壁角度が、微細凹凸パターン内部で同じであり、
前記凸部の右側面の側壁角度が、微細凹凸パターン内部で同じであること
を特徴とする微細構造体。
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|---|---|---|---|
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