JP2010267842A - 荷電粒子ビーム描画の主偏向セトリング時間の決定方法、荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子ビーム描画の主偏向セトリング時間を最適化してスループットの向上を図る。
【解決手段】主偏向により電子ビームを隣接する副偏向領域１０１ａから副偏向領域１０１ｂに短距離移動させてパターンＰを描画する。主偏向領域の２つの対角線の間で一の対角線を主偏向領域５０の中心Ｃを軸として回転させることで得られる直線に沿って、主偏向により電子ビームを副偏向領域１０１ａから副偏向領域１２３ｗに長距離移動させてパターンＰを描画する。主偏向セトリング時間を変えながら各パターンＰを描画し、描画した各パターンＰの位置を測定し、測定した各パターンＰの位置の設計位置からの位置ずれ量を求め、短距離移動で描画された各パターンＰの位置ずれ量が第１の範囲内となり、長距離移動で描画された各パターンＰの位置ずれ量が第２の範囲内となるように、主偏向量に応じて主偏向セトリング時間を決定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画の主偏向セトリング時間の決定方法、荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置に関する。

半導体デバイスの高集積化に伴い、半導体デバイスの回路パターンが微細化されている。半導体デバイスに微細な回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（即ち、レチクル或いはマスク）が必要となる。原画パターンを製造するために、優れた解像性を有する電子ビーム描画装置が用いられている。

この種の電子ビーム描画装置として、電子ビームの光路に沿って配置された主偏向器及び副偏向器を用いて電子ビームを偏向し、ステージ上の試料にパターンを描画するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような電子ビーム描画装置では、主偏向器及び副偏向器に所定の電圧を印加することによって電子ビームを移動させている。この電圧の印加は瞬時に行うことができず、ある程度の時間を要するため、セトリング時間が設けられている。ここで、セトリング時間とは、偏向アンプ等の電気回路が安定するまでの時間を意味する。上記特許文献１には、副偏向のセトリング時間を最適化する方法が開示されている。

これに対し、従来、主偏向のセトリング時間は、十分な時間が確保されていた。

然し、描画位置精度を向上させるために副偏向領域のサイズが縮小され、これに伴い主偏向領域に含まれる副偏向領域の数が増大し、主偏向の実行回数が増大している。このため、主偏向のセトリング時間に十分な時間を確保すると、スループットが低下するという問題が生じる。

特開２００８−７１９８６号公報

本発明の課題は、上記課題に鑑み、荷電粒子ビーム描画の主偏向セトリング時間を最適化してスループットの向上を図ることにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、主偏向により荷電粒子ビームを隣接する副偏向領域に移動させてパターンを描画する第１描画工程と、主偏向領域の２つの対角線の間で一の対角線を主偏向領域の中心を軸として回転させることで得られる直線に沿って、主偏向により荷電粒子ビームを移動させてパターンを描画する第２描画工程とを含み、第１及び第２描画工程において主偏向セトリング時間を変えながら各パターンを描画し、描画した各パターンの位置を測定し、測定した各パターンの位置の設計位置からの位置ずれ量を求め、第１描画工程で描画された各パターンの位置ずれ量が第１の範囲内となり、第２描画工程で描画された各パターンの位置ずれ量が第２の範囲内となるように、主偏向量に応じて主偏向セトリング時間を決定することを特徴とする。

この第１の態様において、第１及び第２描画工程において描画される各パターンは、互いに接する複数のショットによって一体的に形成されることが好ましい。

この第１の態様において、複数のショットは、同じ主偏向量で描画されることが好ましい。

本発明の第２の態様は、荷電粒子ビームの光路に沿って配置された主偏向器及び副偏向器を用いて荷電粒子ビームを偏向し、ステージ上の試料にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、上記第１の態様の荷電粒子ビーム描画の主偏向セトリング時間の決定方法を用いて決定された主偏向セトリング時間に基づいて描画することを特徴とする。

本発明の第３の態様は、荷電粒子ビームの光路に沿って配置された主偏向器及び副偏向器を用いて荷電粒子ビームを偏向する荷電粒子ビーム描画装置において、主偏向器の偏向量を算出する主偏向量算出部と、主偏向量算出部により算出された主偏向器の偏向量に応じた主偏向セトリング時間を決定する主偏向セトリング時間決定部と、主偏向セトリング時間に基づいて、主偏向器を制御する偏向器制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、荷電粒子ビーム描画の主偏向セトリング時間が主偏向量に応じて最適化されるため、スループットの向上を図ることができる。

本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成を示す概略図である。 電子ビームによる描画の様子を説明する図である。 主偏向セトリング時間を決定する際の主偏向による電子ビームの移動の様子を示す図である。 主偏向セトリング時間と短距離移動時の位置ずれ量との関係を示す図である。 主偏向セトリング時間を決定する際の主偏向による電子ビームの移動の様子を示す図である。 主偏向セトリング時間と長距離移動時の位置ずれ量との関係を示す図である。 主偏向による電子ビームの移動距離と、パターンＰの位置ずれ量との関係を示す図である 複数のショット図形Ｓ１乃至Ｓ４により構成されたパターンＰを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本実施の形態における荷電粒子ビーム描画装置の一例である電子ビーム描画装置の構成を示す概略図である。電子ビーム描画装置の試料室１の中には、試料であるマスク２が載置されるステージ３が収容されている。ステージ３は、ステージ駆動部４によって、ｘ方向（紙面に平行な方向）とｙ方向（紙面に垂直な方向）に駆動される。ステージ３の位置は、レーザ側長計等を用いた位置測定部５によって測定される。

試料室１の上には、電子ビーム光学系１０が配置されている。電子ビーム光学系１０は、電子銃６と、各種レンズ７，８，９，１１，１２と、ブランキング用偏向器１３と、ビーム寸法可変用偏向器１４と、ビーム走査用の主偏向器１５と、ビーム走査用の副偏向器１６と、ビーム成形用アパーチャ１７，１８とを有する。主偏向器１５は、主偏向領域において電子ビームを所定のサブフィールド（副偏向領域）に位置決めする。一方、副偏向器１６は、サブフィールド内での図形描画単位の位置決めを行う。また、ビーム寸法可変用偏向器１４とビーム成形用アパーチャ１７，１８は、ビーム形状を制御する役割を果たす。さらに、ブランキング用偏向器１３は、マスク２の面上で電子ビームの照射を制御する役割を果たす。

図１において、制御計算機２０には、磁気ディスク２１が接続されている。ここで、磁気ディスク２１には、ＬＳＩの描画データが格納されている。磁気ディスク２１から読み出された描画データは、フレーム領域毎にパターンメモリ２２に一時的に格納される。パターンメモリ２２に格納されたフレーム領域毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や図形データ等からなるフレーム情報は、データ解析部であるパターンデータデコーダ２３と描画データデコーダ２４で解析された後、ブランキングアンプ２５、ビーム成形アンプ２６、主偏向アンプ２７、副偏向アンプ２８、副偏向量算出部３０及び主偏向量算出部３３に送られる。

パターンデータデコーダ２３では、描画データを入力し、必要に応じて、フレーム領域に包含される図形データに反転処理を施して、反転パターンデータを生成する。次いで、フレームデータとして定義されている図形データを、ビーム成形用アパーチャ１７，１８の組み合わせによって形成可能な単位描画図形群に図形分割する。そして、得られたデータに基づいてブランキングデータを作成した後、これをブランキングアンプ２５に送る。また、所望とするビーム寸法データを作成して、これをビーム成形アンプ２６に送る。次に、ビーム成形アンプ２６から電子ビーム光学系１０のビーム寸法可変用偏向器１４に所定の偏向信号が送られ、これによって電子ビームの寸法が制御される。

副偏向量算出部３０は、パターンデータデコーダ２３によって作成されたビーム形状データから、サブフィールド領域における１ショットごとの電子ビームの副偏向量（移動距離）を算出する。この算出された副偏向量は、副偏向セトリング時間決定部３１に送られる。副偏向セトリング時間決定部３１は、副偏向量算出部３０により算出された副偏向量に対応する副偏向セトリング時間を決定する。この決定された副偏向セトリング時間は、偏向制御部３２に送られ、パターンの描画のタイミングに応じて、ブランキングアンプ２５、ビーム成形アンプ２６、主偏向アンプ２７及び副偏向アンプ２８に適宜送られる。

本実施の形態による電子ビーム描画装置は、主偏向量算出部３３及び主偏向セトリング時間決定部３４を備えている。

主偏向量算出部３３は、パターンデータデコーダ２３により作成されたビーム形状データから、主偏向領域における電子ビームの主偏向量（移動距離）を算出する。この算出された主偏向量は、主偏向セトリング時間決定部３４に送られる。主偏向セトリング時間決定部３４は、後述する方法により求められた主偏向セトリング時間に基づいて、主偏向量算出部３３により算出された主偏向量に対応する主偏向セトリング時間を決定する。この決定された主偏向セトリング時間は、偏向制御部３２に送られ、パターンの描画のタイミングに応じて、ブランキングアンプ２５、ビーム成形アンプ２６、主偏向アンプ２７及び副偏向アンプ２８に適宜送られる。

描画データデコーダ２４では、フレームデータに基づいて、サブフィールドの位置決めのデータが作成される。得られたデータは、主偏向アンプ２７に送られる。そして、主偏向アンプ２７から電子ビーム光学系１０の主偏向器１５に所定の信号が送られ、指定されたサブフィールド位置で電子ビームが偏向走査される。このとき、上記主偏向セトリング時間決定部３４により決定された主偏向セトリング時間が用いられる。

また、描画データデコーダ２４では、副偏向器走査のコントロール信号が発生して、副偏向アンプ２８に送られる。次いで、副偏向アンプ２８から副偏向器１６に所定の副偏向信号が送られ、これによってサブフィールド毎の描画が行われる。

図１において、副偏向器１６は、電子ビームの位置を高速且つ高精度に制御するのに用いられる。このため、副偏向器１６の偏向範囲は、マスク２上のサブフィールドに限定される。偏向がこの範囲を超える場合には、サブフィールドの位置を主偏向器１５で移動させることが必要となる。このように、主偏向器１５は、サブフィールドの位置を制御するのに用いられ、フレーム（主偏向領域）内でサブフィールドを移動させることができる。ここで、フレームは、主偏向器１５によって偏向可能な領域である。また、描画中は、ステージ３が一方向に連続的に移動しているので、描画原点がステージ３の移動に追従するように、主偏向器１５によってサブフィールドの描画原点をトラッキングさせている。

このように、ビーム成形用アパーチャ１７，１８で成形された電子ビームは、主偏向器１５と副偏向器１６によって偏向され、連続的に移動するステージ３に追従しながら、照射位置が決められる。図２は、この様子を説明する図である。尚、図２において、４０は描画領域、４２はフレーム領域、４４はサブフィールド領域、４６はショット図形、４８は電子ビームである。図２に示すように、まず、ステージ（図示せず）をｘ方向に移動させながら、電子ビームによってフレーム領域４２を描画する。続いて、ｙ方向にステージをステップ送りして、次のフレーム領域４２を描画する。これを繰り返すことによって、試料の全面に描画を行うことができる。また、ｘ方向のステージ移動を連続的に行うとともに、電子ビームのショット位置をステージ移動に追従させることで、描画時間の短縮を図ることができる。但し、本実施の形態においては、ステージを停止させた状態で１つのフレームの描画を行い、次の領域へ移動するときには描画を行わないステップアンドリピート方式の描画方法であってもよい。

次に、本実施の形態において、電子ビーム描画方法の主偏向セトリング時間の決定方法について説明する。

図３は、主偏向セトリング時間を決定する際の主偏向による電子ビームの移動の様子を示す図である。図３に示す主偏向領域５０は、ステージ３を停止させた状態で描画を行う静止描画での主偏向領域である。この主偏向領域５０のサイズは、主偏向器１５の偏向幅により定まり、例えば、１８４μｍ×１８４μｍである。主偏向領域５０は、複数（例えば、２３個×２３個）の副偏向領域１０１ａ〜１０１ｗ、…、１２３ａ〜１２３ｗを含む。各副偏向領域のサイズは、副偏向器１６の偏向幅に応じて定まり、例えば、８μｍ×８μｍである。

本実施の形態では、主偏向セトリング時間を変化させて、主偏向器１５により電子ビームを移動させて、パターンＰを描画する。ここで、主偏向により位置決めされる副偏向領域の中央に電子ビームが照射されるように、副偏向器１６の偏向量を所定値に固定するのがよい。これにより、副偏向に起因するパターンＰの位置ずれを排除することができる。そして、描画したパターンＰの位置を公知の位置測定器（図示せず）により測定し、測定したパターンＰの位置の設計位置からの位置ずれ量を求める。求めた位置ずれ量に基づいて主偏向セトリング時間を決定する。

ここで、主偏向による電子ビームの移動の一例として、隣接する副偏向領域（例えば、副偏向領域１０１ａから副偏向領域１０２ａ）に電子ビームを移動させる短距離移動が考えられる。なお、図３中の矢印は、電子ビームの移動方向を示す。

この短距離移動時の主偏向セトリング時間を決定する際、任意の主偏向セトリング時間に設定し、主偏向により電子ビームを副偏向領域１０１ａからｙ方向に隣接する副偏向領域１０２ａに移動させてパターンＰを描画する。次に、同じ主偏向セトリング時間で主偏向により電子ビームを副偏向領域１０２ａからｙ方向に隣接する副偏向領域１０３ａに移動させて同じパターンＰを描画する。このように、同じ主偏向セトリング時間で主偏向により電子ビームを隣接する副偏向領域に移動させてパターンＰを描画する。そして、各副偏向領域に描画されたパターンＰの位置を公知の位置計測器によりそれぞれ測定し、各測定位置の設計位置からの位置ずれ量をそれぞれ求め、平均の位置ずれ量を求める。かかる平均の位置ずれ量を、主偏向セトリング時間を変更して、同様の方法により求める。主偏向セトリング時間は、例えば、３、５、１０、１５、２０、２５、３５、５０μｓｅｃのように変化させることができる。主偏向セトリング時間に対して平均の位置ずれ量をプロットすると、図４に示すような関係が得られる。この関係から、位置ずれ量が所定範囲内（例えば、最小）となる主偏向セトリング時間ｔ１を短距離移動時の主偏向セトリング時間に決定することができる。この所定範囲は、スループットの観点から定めることができる。

また、主偏向による電子ビームの移動には、上記短距離移動よりも移動距離が長い長距離移動が考えられる。この長距離移動時の主偏向セトリング時間を決定する際、主偏向領域５０の２つの対角線の間で一の対角線を主偏向領域５０の中心Ｃを軸として回転させることで得られる直線に沿って、主偏向により電子ビームを移動させる。

具体的には、任意の主偏向セトリング時間に設定し、主偏向により電子ビームを主偏向領域の一の対角線上にある副偏向領域１０１ａから副偏向領域１２３ｗまで移動させてパターンＰを描画する。次に、電子ビームの移動開始位置を副偏向領域１０１ｂとする。そして、同じ主偏向セトリング時間で、主偏向により電子ビームをこの副偏向領域１０１ｂから副偏向領域１２３ｖまで移動させてパターンＰを描画する。このように移動開始位置をｘ方向に移動させることで、長距離移動時の移動距離を簡単に変化させることができる。そして、長距離移動により副偏向領域１２３ａ〜１２３ｗに描画された各パターンＰの位置を公知の位置計測器によりそれぞれ測定し、各測定位置の設計位置からの位置ずれ量をそれぞれ求める。一列の副偏向領域１２３ａ〜１２３ｗのパターンＰの位置を測定すればよいため、移動距離が異なる複数のパターンＰの位置ずれ量を簡易に求めることができる。

尚、図３に示すように長距離移動時の移動開始位置をｘ方向に動かすのではなく、図５に示すようにｙ方向に動かしてもよい。この場合、主偏向により電子ビームを副偏向領域１０１ａから副偏向領域１２３ｗまで移動させてパターンＰを描画した後、電子ビームの移動開始位置を副偏向領域１０２ａとする。そして、主偏向により電子ビームを副偏向領域１０２ａから副偏向領域１２２ｗまで移動させる。このように移動開始位置をｙ方向に移動させることによっても、長距離移動時の移動距離を簡単に変化させることができる。そして、長距離移動により副偏向領域１０１ｗ〜１２３ｗに描画された各パターンＰの位置を公知の位置計測器によりそれぞれ測定し、各測定位置の設計位置からの位置ずれ量をそれぞれ求める。

このように長距離移動により副偏向領域１０１ｗ〜１２３ｗ（及び／又は１２３ａ〜１２３ｗ）に描画された各パターンＰの位置ずれ量を、主偏向セトリング時間を変えて求める。主偏向セトリング時間と、長距離移動時の位置ずれ量との関係を図６に示す。図６において、●は、図３に示すように長距離移動開始位置をｘ方向に動かしながらパターンＰを描画した場合の関係を示す。また、○は図５に示すように長距離移動開始位置をｙ方向に動かしながらパターンＰを描画した場合の関係を示す。

図７は、主偏向セトリング時間を固定した場合において、主偏向による電子ビームの移動距離と、パターンＰの位置ずれ量との関係を示す図である。図７に示すように、短距離移動時の位置ずれ量と、長距離移動時の位置ずれ量と、短距離移動と長距離移動との間の中距離移動時の位置ずれ量とが実験により求められている。これにより、主偏向セトリング時間を精度良く求めることができる。図７においてプロットされた実験値の間、つまり、その他の中距離での位置ずれ量は、補間により求めることができる。また、短距離移動時の位置ずれ量と長距離移動時の位置ずれ量とを用いた補間により中距離移動時の位置ずれ量を求めることができるため、短距離移動時の位置ずれ量と長距離移動時の位置ずれ量とを少なくとも実験に求めておけばよい。

また、図７に示すように、長距離移動時を除き、短距離移動時及び中距離移動時での移動距離と位置ずれ量との間には概ね線形関係がある。但し、長距離移動時は、移動距離と位置ずれ量との間に線形関係がなく、主偏向セトリング時間の最適化が難しい。そこで、本実施の形態では、長距離移動時の主偏向セトリング時間を、各パターンＰの位置ずれ量が同一かつ最小となるような主偏向セトリング時間に決定する。つまり、図３又は図５に示すように長距離移動開始位置をｘ方向又はｙ方向に動かしながら求められた各パターンＰの位置ずれ量が同一かつ最小となる主偏向セトリング時間を最適値とする。ここで、位置ずれ量が同一とは位置ずれ量の厳密な一致を意味するのではなく、位置ずれ量が所定範囲内に収まることを意味する。これにより、長距離移動時の最適な主偏向セトリング時間を求めることができる。この所定範囲は、スループットの観点から求めることができる。

ところで、描画位置精度を高めるために、最大ショットサイズは小さくなる傾向にある。最大ショットサイズは、例えば、０．５μｍ×０．５μｍである。最大ショットサイズが小さくなると図形パターンＰの角部が丸まってしまい、位置計測器を用いてパターンＰの位置を計測する際に、計測誤差が生じる可能性がある。

そこで、本実施の形態では、図８に示すように、副偏向領域（１２３ｗ）に描画されるパターンＰを互いに接する複数のショット図形Ｓ１乃至Ｓ４によって一体的に形成する。具体的には、複数のショット図形Ｓ１乃至Ｓ４を重ね合わせてパターンＰを形成する。このように複数のショット図形Ｓ１乃至Ｓ４によりパターンＰを構成することで、位置計測対象であるパターンＰのサイズを大きくすることができ、位置計測器による計測誤差を低減することができる。

ここで、主偏向により電子ビームを移動させて一のショット図形Ｓ１を描画した後、副偏向により電子ビームを偏向して他のショット図形Ｓ２乃至Ｓ４を描画すると、パターンＰの位置ずれ量に副偏向の影響が含まれる。本実施の形態では、ショット図形Ｓ１乃至Ｓ４を描画するために主偏向量が異なる主偏向データを準備することで、パターンＰの位置ずれ量に副偏向の影響が含まれることを防止する。具体的には、各副偏向領域にショット図形Ｓ１をそれぞれ描画した後、ショット図形Ｓ２、ショット図形Ｓ３、ショット図形Ｓ４を順次描画する。ここで、主偏向量が同じであり、図８に示すように主偏向量の起算点をＡ１乃至Ａ４のように異ならしめた主偏向データをショット図形Ｓ１乃至Ｓ４用にそれぞれ準備してもよい。このように１つのパターンＰを構成する複数のショット図形Ｓ１乃至Ｓ４の主偏向量を同じにすることによって、各ショット図形Ｓ１乃至Ｓ４を描画する際の主偏向による電子ビームの移動量が同じとなるため、より正確に最適な主偏向セトリング時間を決定することができる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、主偏向量に応じて主偏向セトリング時間が最適化されるため、従来のように十分な主偏向セトリング時間が確保されている場合に比べてスループットを向上させることができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。

１ 試料室
２ 試料
３ ステージ
４ ステージ駆動部
５ 位置測定部
６ 電子銃
７、８、９、１１、１２ レンズ
１０ 電子ビーム光学系
１３ ブランキング用偏向器
１４ ビーム寸法可変用偏向器
１５ 主偏向器
１６ 副偏向器
１７、１８ ビーム成形用アパーチャ
２０ 制御計算機
２１ 磁気ディスク
２２ パターンメモリ
２３ パターンデータデコーダ
２４ 描画データデコーダ
２５ ブランキングアンプ
２６ ビーム成形アンプ
２７ 主偏向アンプ
２８ 副偏向アンプ
３０ 副偏向量算出部
３１ 副偏向セトリング時間決定部
３２ 偏向制御部
３３ 主偏向量算出部
３４ 主偏向セトリング時間決定部

Claims (5)

1. 主偏向により荷電粒子ビームを隣接する副偏向領域に移動させてパターンを描画する第１描画工程と、
   主偏向領域の２つの対角線の間で一の対角線を前記主偏向領域の中心を軸として回転させることで得られる直線に沿って、前記主偏向により前記荷電粒子ビームを移動させてパターンを描画する第２描画工程とを含み、
   前記第１及び前記第２描画工程において主偏向セトリング時間を変えながら各パターンを描画し、描画した各パターンの位置を測定し、測定した各パターンの位置の設計位置からの位置ずれ量を求め、前記第１描画工程で描画された各パターンの位置ずれ量が第１の範囲内となり、前記第２描画工程で描画された各パターンの位置ずれ量が第２の範囲内となるように、主偏向量に応じて主偏向セトリング時間を決定することを特徴とする荷電粒子ビーム描画の主偏向セトリング時間の決定方法。
2. 前記第１及び第２描画工程において描画される各パターンは、互いに接する複数のショットによって一体的に形成されることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画の主偏向セトリング時間の決定方法。
3. 前記複数のショットは、同じ主偏向量で描画されることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子ビーム描画の主偏向セトリング時間の決定方法。
4. 荷電粒子ビームの光路に沿って配置された主偏向器及び副偏向器を用いて前記荷電粒子ビームを偏向し、ステージ上の試料にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム描画の主偏向セトリング時間の決定方法を用いて決定された主偏向セトリング時間に基づいて描画することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
5. 荷電粒子ビームの光路に沿って配置された主偏向器及び副偏向器を用いて前記荷電粒子ビームを偏向する荷電粒子ビーム描画装置において、
   前記主偏向器の偏向量を算出する主偏向量算出部と、
   前記主偏向量算出部により算出された主偏向器の偏向量に応じた主偏向セトリング時間を決定する主偏向セトリング時間決定部と、
   前記主偏向セトリング時間に基づいて、前記主偏向器を制御する偏向器制御部とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
   

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