JP2015527490A - 材料を蒸着するための製造機器、その中で使用するための受け口、受け口の製造方法及び担体上に材料を蒸着する方法 - Google Patents

材料を蒸着するための製造機器、その中で使用するための受け口、受け口の製造方法及び担体上に材料を蒸着する方法 Download PDF

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Abstract

製造機器は、材料を担体上に蒸着する。該製造機器はチャンバを画定する筐体を含む。該筐体は、チャンバ内へ該材料又はその前駆体を含む蒸着組成物を導入するための入口を画定する。該筐体は、チャンバから蒸着組成物を排出するための筐体を通る出口も画定する。電極は、該筐体を通って配置され、該電極はチャン内に少なくとも部分的に配置される。受け口は外面を有し、担体を受容するためにチャンバ内の該電極に接続される。放出コーティングが、受け口を担体及びその上に蒸着される材料からの分離を促進し、担体を獲得するために受け口の外面上に配置される。【選択図】図4

Description

本発明は、材料を担体上に蒸着するための製造機器に関する。より具体的には、本発明は、該製造機器内で該担体を支持する受け口に関する。
材料を担体上に蒸着するための製造機器は、当該技術分野において既知である。従来の製造機器は、担体を従来の製造機器内の電極に連結するために担体の1つの端部に配置される受け口を含む。しかしながら、材料が担体上に蒸着される際、その材料は、受け口上にも蒸着される可能性がある。例えば、材料は、受け口上に直接蒸着され得る。代替的に、材料が担体上に蒸着される際、その材料は、受け口の一部を網羅するように成長及び拡大し得る。
一度所望の量の材料が担体上に蒸着されると、担体は、従来の製造機器からそれを除去することにより獲得される。その後、受け口を担体から分離しなければならず、より具体的には、受け口を担体上に蒸着された材料から分離しなければならない。典型的に受け口は、蒸着された材料を、受け口の周辺、又は受け口自体に、蒸着された材料を破砕するように、叩くことにより、担体及び蒸着された材料から分離する。それを除去するために蒸着された材料を叩く過程は、非常に時間及び費用がかかることである。加えて、破砕の後でさえも、蒸着された材料は、受け口上にある程度残る。受け口上の蒸着された材料は、蒸着された材料及び受け口を分離するために、より強引な過程に供される。残念ながら、その強引な過程は、受け口から分離する蒸着された材料の純度を低下させ、それによって、受け口上の蒸着された材料の価値を低下させてしまう。
そのため、蒸着された材料の価値を保持するために、蒸着された材料の純度を低下させることなく、受け口から蒸着された材料を分離する必要性が依然として存在する。
製造機器は、材料を担体上に蒸着する。該製造機器は、チャンバを画定する筐体を含む。該筐体は、チャンバ内へ該材料又はその前駆体を含む蒸着組成物を導入するための入口を画定する。該筐体は、チャンバから蒸着組成物を排出するための該筐体を通る出口も画定する。電極は、該筐体を通って配置され、該電極はチャンバ内に少なくとも部分的に配置される。受け口は、外面を有し、担体を受容するためにチャンバ内の該電極に接続される。放出コーティングは、担体及びその上に蒸着される材料からの受け口の分離を促進し、担体を獲得するために受け口の外面上に配置される。したがって、受け口上に直接蒸着され得る材料は、蒸着された材料を受け口から分離し、それによって材料の純度を保持するための追加の分離過程に供される必要がない。
本発明の他の利点は、下記の詳細な説明を添付の図面と併せて考慮し参照することによって本発明がより良く理解されると共に、容易に理解される。
電極を含み、容器及び底板を含み、材料を担体上に蒸着するための製造機器の断面図である。 容器が底板に隣接することを示す、製造機器の一部の拡大図である。 製造機器に使用する電極の斜視図である。 図3の線4−4に沿って眺め、電極に受け口が連結される、電極の一部の断面図である。 受け口が担体に接続される別の実施形態の断面図である。
様々な図面に亘って同一の数字が同一の、又は対応する部品を示す図面を参照すると、材料12を担体14の上に蒸着するための製造機器10が示される。言い換えると、製造機器10の作動中、材料12が担体14の上に蒸着される。例えば、製造装置10は、高純度多結晶シリコンを生成するように、シリコンを担体14の上に蒸着するための、シーメンス(Siemens)タイプの化学蒸着反応器などの、化学蒸着反応器であってもよい。シーメンス法で知られているように、担体14は、図1に示すように、実質的にU字型構成を有し得る。しかしながら、担体14がU字型構成以外の構成を有してもよいことを理解するべきである。更に、蒸着される材料12がシリコンの場合、担体14は、典型的に高純度シリコンを含むシリコンの細棒である。高純度の多結晶シリコンを生産するために、シリコンをシリコンの細棒上に蒸着する。
図1を参照すると、製造機器10は、筐体16を備える。筐体16は、容器18及び底板20を含む。容器18は、筐体16の形成のために底板20に連結される。筐体16の容器18は、少なくとも1つの壁22を有し、壁22は、典型的には筐体16の円筒状の外形を示す。しかしながら、筐体16の容器18が円筒状以外の、例えば立方体の外形などの外形を有してもよいことを理解するべきである。筐体16は、チャンバ24を画定する。より具体的には、筐体16の容器18は、容器18の壁22がチャンバ24を画定するような、中空の内部を有する。容器18は、チャンバ24へのアクセスを可能にするために開口している端部26を有する。底板20は、容器18の端部26を被覆し、チャンバ24を密閉するために開口している容器18の端部26に連結される。
筐体16は、チャンバ24内へ、蒸着される材料12又はその前駆体を含む蒸着組成物を導入するための入口28を画定する。同様に、筐体16は、蒸着組成物、又はその反応副生成物の、チャンバ24からの排出を可能にするための出口30を画定し得る。入口28及び/又は出口30は、筐体16の容器18又は底板20のいずれかによって画定され得るということを理解するべきである。典型的に、入口管32は、蒸着組成物をチャンバ24に送達するために入口28に接続され、排出管34は、蒸着組成物、又はその反応副生成物を、チャンバ24から除去するために出口30に接続される。
図2を参照すると、筐体16は、筐体16の壁22から延在するフランジ36を備え得る。より具体的には、フランジ36は、筐体16の壁22から横断方向に延在する。典型的には、底板20が筐体16と連結されるとき、フランジ36は、底板20と平行である。例えば、ボルトなどの締め具38が、筐体16のフランジ36を底板20に固定するために使用可能である。
底板20は、溝40を画定し得る。溝40は、底板20の周辺の周りに画定される。加えて、筐体16のフランジ36は、底板20の溝40を係合するためのフランジ36から延在するフィンガー42を有してもよい。フランジ36のフィンガー42の底板20の溝40との係合は、筐体16を底板20に連結するとき、底板20と筐体16とが適正に整列することを確実にする。一般に、フランジ36と底板20との間の機械的な相互作用は、蒸着組成物がチャンバ24から漏れ出るのを防止するには不十分である。加えて、フランジ36と底板20との間の機械的な相互作用は、例えば、チャンバ24の外側の周囲大気中の不純物などのチャンバ24の外の不純物が、チャンバ24に入るのを防止するには、典型的には不十分である。したがって、製造機器10は、チャンバ24を容器18と底板20との間に密閉するために、底板20と容器18との間に配置される、ガスケット44を更に備え得る。加えて、フランジ36のフィンガー42の間の、底板20の溝40との機械的な相互作用は、チャンバ24内で圧力が増加するにつれて容器18が横方向に移動するのを防止する。
図1を再度参照すると、製造機器10は、筐体16を通って配置される電極46を含む。電極46は、チャンバ24内に少なくとも部分的に配置される。例えば、電極46は、電極46の一部がチャンバ24内の担体14を支持する状態で、底板20を通って典型的に配置される。図3に示す一実施形態において、電極46は、シャフト48及びシャフト48の端部に配置されるヘッド50を含む。そのような実施形態において、ヘッド50は、担体14を支持するために、チャンバ24内に配置される。
図1及び図4を参照すると、受け口52は、担体14を受容するために、チャンバ24内の電極46に接続される。言い換えると、受け口52は、担体14を電極46から分離させる。受け口52は、当業者によって、チャック又はポリチャックとしても呼ばれ得ることを理解するべきである。図4に最も良く示される通り、電極46、及び特に電極46のヘッド50は、受け口52を受容するためのカップ54を画定し得る。したがって、受け口52は、受け口52を電極46に接続するように、カップ54内に少なくとも部分的に配置され得る。
典型的に、電極46は、例えば、銅、銀、ニッケル、インコネル、金、及びそれらの組み合わせなどの、導電性の材料12を含む。電極46は、電流を電極46に通すことによって、チャンバ24内で加熱される。黒鉛は、担体14を電極46にしっかりと取り付けるのに十分硬質であり、電流を電極46から担体14内に伝導するために導電性であるため、典型的に、受け口52は、黒鉛を含む。
電極46から担体14に受け口52を介して電流を通す結果、担体14は、ジュール加熱として知られる過程によって、蒸着温度まで加熱される。担体46を蒸着温度まで加熱することは、蒸着組成物の熱分解を一般に促す。上記が示唆する通り、蒸着組成物は、担体14上に蒸着される材料12又はその前駆体を含む。したがって、蒸着組成物の熱分解は、加熱された担体14上への材料12の蒸着をもたらす。例えば、蒸着される材料12がシリコンであるとき、蒸着組成物は、例えばクロロシラン又はブロモシランなどの、ハロシランを含み得る。しかしながら、蒸着組成物は、他の前駆体、特にシラン、シリコンテトラクロリド、トリブロモシラン、及びトリクロロシランなどのシリコン含有分子を含んでもよいことを理解するべきである。製造機器10は、シリコン以外の材料12を担体14上に蒸着するために使用可能であることも理解するべきである。
上記の通り、受け口52は、電流の通過によって加熱され、蒸着温度まで加熱され得る。したがって、材料12はまた、受け口52上に直接蒸着され得る。代替的に、材料12が担体14上に蒸着され、寸法が成長するにつれて、材料12は、受け口52上に遊走し得る。一度十分な量の材料12が担体14上に蒸着されると、担体14を製造機器10から除去することによって、担体14は製造機器10から獲得される。典型的に、受け口52及び/又は担体14上への材料12の蒸着は、受け口52の担体14への材料12による接着をもたらす。言い換えると、受け口52に直接蒸着される材料12、及び/又は担体14から受け口52上に成長する材料12は、受け口52が担体14から分離されるのを防止する。受け口52は、材料12を獲得するために担体14及び/又は材料12から分離されなければならない。加えて、受け口52上に直接蒸着される材料12はまた、受け口52から分離されなければならない。
一般に、受け口52は、第1の端部56と第2の端部58との間に外面60がある、第1の端部56及び第2の端部58を有する。一般に、第1の端部56は、電極46に接続され、第2の端部58は、担体14を受容した。必要ではないが、典型的に、受け口52の端部56、58は、担体14が製造機器10から獲得される時点で、担体14及びその上に蒸着される材料12の、受け口52からの分離を促すために、先細りしている。受け口52はまた、電流を担体14内に集中させるために先細りしている。
直接、受け口52自体の上の材料12又は担体14のいずれかからの受け口52の分離を促すために、放出コーティング62が受け口52の外面60上に配置される。放出コーティング62は、材料12からの受け口52の分離を促進する。言い換えると、放出コーティング62は、受け口52自体の上に直接、又は受け口52の周辺の担体14上に蒸着される材料12の放出を促進する。したがって、放出コーティング62は、担体14の獲得を可能にするために、担体14及びその上に蒸着される材料12からの、受け口52の分離を促進する。したがって、放出コーティング62は、担体14からの受け口52の放出を促進するため、受け口52は、材料12の担体14上の蒸着の後、担体14から容易に分離可能である。したがって、担体14及び/又は受け口52上に蒸着される材料12は、材料12を汚染し得る追加の分離過程を経る必要がない。材料12の汚染の防止は、材料12の高い純度を保持する。材料12の高い純度の保持は、特に材料12がシリコンであるとき、材料12が端部26の使用者に対してより販売価値があるということを意味する。
一般に、材料12は、材料12を破砕することによって受け口52から分離される。破砕は、受け口52から塊状で取り除くために材料12を物理的に叩くことによって起こり得る。放出コーティング62は、受け口52上の放出コーティング62の初期結晶成長構造に基づき選択されて弱点部を作り出し、それによって、受け口52からの材料12の容易な分離を可能にする。放出コーティング62は、放出コーティング62の初期結晶成長が、担体14上に蒸着される材料12の結晶成長構造と異なるように選択される。異なる結晶成長構造は、蒸着された材料12が放出コーティング62から分離され得る弱点部を作り出す。典型的に、放出コーティング62は、シリコン炭化物、窒化シリコン、熱分解炭素、黒鉛シリコン炭化物、二酸化シリコン、タンタル炭化物、ニオビウム炭化物、及びそれらの組み合わせの群から選択される。より典型的には、放出コーティング62は、熱分解炭素である。
加えて、放出コーティング62は、受け口52の外面60より滑らかな仕上げ表面64を提供する。より滑らかな表面を提供することによって、受け口52上に接着するための材料12の表面積はより狭くなり、それが受け口52からの材料12の放出を促進する。放出コーティング62の仕上げ表面64は、典型的には約1〜約100、より典型的には約25〜約50、よりいっそう典型的には約30〜40マイクロメートルの表面粗さ(RA)値を有する。受け口52の表面積は、受け口52の外面60より滑らかな仕上げ表面64を提供すること以外の他の手段で縮小され得ることを理解するべきである。例えば、図5に示す通り、表面積を縮小するように受け口52の直径を減少しながら、受け口52の長さは増加され得る。加えて、受け口52の直径を増加しながら、受け口の長さは減少され得る。受け口52の表面積を縮小するために受け口52の長さ及び/又は直径を変化させる行為は、放出コーティング62と組み合わせて用いられ得ることもまた理解するべきである。
放出コーティング62が材料12からの受け口52の分離を促進する一方、放出コーティング62は、担体14を適切に加熱するのに十分な熱伝導性を、依然として提供しなければならない。したがって、放出コーティング62は、典型的には約80〜130、より典型的には約90〜125、よりいっそう典型的には約100〜120W/m Kの熱伝導性を有する。
放出コーティング62の厚さは、放出コーティング62に対して選択される材料12によって決まる。例えば、放出コーティング62がシリコン炭化物であるとき、放出コーティング62は、約100マイクロメートル未満の厚さを有する。放出コーティング62が窒化シリコン、タンタル炭化物、又はニオビウム炭化物であるとき、放出コーティング62は、約75マイクロメートル未満の厚さを有する。放出コーティング62が熱分解炭素であるとき、放出コーティング62は、約50マイクロメートル未満の厚さを有する。放出コーティング62が黒鉛シリコン炭化物であるとき、放出コーティング62は、約40マイクロメートル未満の厚さを有する。
製造機器10は、複数の担体、又はU字型担体14の場合は担体14の複数の端部を支持するための、複数の電極46及び受け口52を含み得ることを理解するべきである。例えば、製造機器10は、第1の電極46Aに接続された第1の受け口52Aを有する第1の電極46Aと、第2の電極46Bに接続された第2の受け口52Bを有する第2の電極46Bとを含み得る。第1及び第2の電極46A、46Bは、互いの鏡像であり、上述の電極46に類似している。同様に、第1及び第2の受け口52A、52Bは、互いの鏡像であり、上述の受け口52に類似している。
材料12を担体14上に蒸着する方法を以下に記載する。材料12が担体14上に蒸着された後、担体14及びその上に蒸着される材料12の、受け口52からの放出を促進するために、放出コーティング62を受け口52の外面60に塗布する工程を含む、方法。放出コーティング62を塗布する工程は、例えば、CVD及びCVR過程などによる、様々な方法で達成され得る。選択される過程は、放出コーティング62として使用される材料12によって決まる。例えば、放出コーティング62を塗布する工程は、放出コーティング62として、シリコン炭化物又は黒鉛シリコン炭化物混合物を受け口52の外面60上に蒸着するために、受け口52を低圧力/高温度のCVD工程に供することとして、更に定義され得る。加えて、放出コーティング62を塗布する工程は、放出コーティング62として、窒化シリコンを受け口52の外面60上に蒸着するために、受け口52を大気圧/高温度のCVD過程に供することとして、更に定義され得る。更に、放出コーティング62を塗布する工程は、放出コーティング62として、熱分解炭素を受け口52の外面60上に蒸着するために、受け口52を高温度のCVD過程に供することとして、更に定義され得る。代替的に、放出コーティング62を塗布する工程は、放出コーティング62として、タンタル炭化物又はニオビウム炭化物を受け口52の外面60上に蒸着するために、受け口52をCVR過程に供することとして、更に定義され得る。
材料12を担体14上に蒸着する方法はまた、受け口52をチャンバ24内の電極46に接続する工程と、担体14をチャンバ24内の受け口52に接続する工程とを含む。チャンバ24は密閉され、蒸着組成物はチャンバ24内に導入される。担体14は、チャンバ24内で加熱され、加熱された担体14上に蒸着される、例えば、シリコンなどの材料12上に生じる。一度材料12が担体14上に蒸着されると、担体14はチャンバ24から獲得される。担体14を獲得する工程は、担体14及びその上に蒸着される材料12から、受け口52を分離することとして、更に定義され得ることを理解するべきである。例えば、材料12は、受け口52を担体14から解除するために、受け口52から除去される。受け口52を担体14から分離する工程は、担体14が除去されるとき、受け口52がチャンバ24内に残るように、チャンバ24内で起こり得る。代替的に、受け口52を担体14から分離する工程は、受け口52が担体14と共にチャンバ24から除去されるように、担体14がチャンバ24から除去された時点で起こり得る。
明らかに本発明の多くの修正及び変更が上記教示から可能である。前述の発明は、関連する法的基準により記載されており、したがって説明は、事実上制限ではなく、むしろ例示である。開示された実施形態への変更及び修正は、当業者には明らかとなる場合があり、明らかに本発明の範囲内に含まれる。したがって、本発明に付与される法的な保護の範囲は、下記の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定される場合がある。

Claims (23)

  1. 担体上に材料を蒸着するための製造機器であって、
    チャンバを画定する筐体と、
    前記チャンバへ、前記材料又はその前駆体を含む蒸着組成物を導入するための、前記筐体により画定される、入口と、
    前記チャンバから前記蒸着組成物を排出するための、前記筐体を通って画定される、出口と、
    前記筐体を通って配置され、前記チャンバ内に少なくとも部分的に配置される電極と、
    外面を有し、前記担体を受容するために前記チャンバ内の前記電極に接続される受け口と、
    前記受け口を前記担体及びその上に蒸着される前記材料からの分離を促進し、前記担体を獲得するために前記受け口の前記外面に配置される放出コーティングと、を含む、製造機器。
  2. 前記受け口が黒鉛を含む、請求項1に記載の製造機器。
  3. 前記放出コーティングが熱分解炭素である、請求項2に記載の製造機器。
  4. 前記担体上に蒸着される前記材料がシリコンである、請求項3に記載の製造機器。
  5. 前記放出コーティングが、シリコン炭化物、窒化シリコン、熱分解炭素、黒鉛シリコン炭化物、二酸化シリコン、タンタル炭化物、ニオビウム炭化物、及びそれらの組み合わせの群から選択される、請求項2に記載の製造機器。
  6. 前記放出コーティングが40〜約100マイクロメートルの厚さを有する、請求項5に記載の製造機器。
  7. 前記放出コーティングが、約1〜約100マイクロメートルの表面粗さ(RA)値を有する、前記受け口の仕上げ表面を表す、請求項6に記載の製造機器。
  8. 前記電極が、シャフト及びヘッドを更に含み、前記ヘッドはカップを画定し、前記受け口は前記受け口を前記電極に接続するために前記カップ内に配置される、請求項1に記載の製造機器。
  9. 前記電極が第1の電極として更に定義され、前記受け口が第1の受け口として更に定義され、前記製造機器が、チャンバ内に配置される第2の電極に接続される第2の受け口を更に含む、請求項1に記載の製造機器。
  10. 担体上に材料を蒸着する製造機器と共に使用するための受け口であって、前記製造機器は、チャンバを画定する筐体と、前記チャンバへ、前記材料又はその前駆体を含む蒸着組成物を導入するための、前記筐体を通って画定される、入口と、前記チャンバから前記蒸着組成物を排出するための、前記筐体を通って画定される、出口と、前記筐体を通って配置され、前記チャンバ内に少なくとも部分的に配置される電極とを含み、前記受け口が担体を受容するために前記チャンバ内の前記電極に接続され、前記受け口が、前記受け口を前記担体及びその上に蒸着される前記材料からの分離を促進し、前記担体を獲得するために前記受け口の前記外面に配置される放出コーティングを含む、受け口。
  11. 黒鉛を含む、請求項10に記載の受け口。
  12. 前記放出コーティングが、約1〜約100マイクロメートルの表面粗さ(RA)値を有する、前記受け口の仕上げ表面を表す、請求項11に記載の受け口。
  13. 前記放出コーティングが、シリコン炭化物、窒化シリコン、熱分解炭素、黒鉛シリコン炭化物、二酸化シリコン、タンタル炭化物、ニオビウム炭化物、及びそれらの組み合わせの群から選択される、請求項11に記載の受け口。
  14. 前記放出コーティングが熱分解炭素である、請求項12に記載の受け口。
  15. 前記放出コーティングが40〜約100マイクロメートルの厚さを有する、請求項12に記載の受け口。
  16. 放出コーティングを有する受け口の製造方法であって、前記受け口が担体上に材料を蒸着する製造機器と共に使用するためのものであり、前記製造機器は、チャンバを画定する筐体と、前記チャンバへ、前記材料又はその前駆体を含む蒸着組成物を導入するための、前記筐体を通って画定される、入口と、前記チャンバから前記蒸着組成物を排出するための、前記筐体を通って画定される、出口と、前記筐体を通って配置され、前記チャンバ内に少なくとも部分的に配置される電極とを含み、前記受け口が担体を受容するために前記チャンバ内の前記電極に接続され、前記方法は、前記受け口を前記担体及びその上に蒸着される前記材料からの分離を促進し、前記担体を獲得するために、前記放出コーティングを前記受け口の前記外面に塗布する工程を含む、製造方法。
  17. 前記放出コーティングを塗布する前記工程が、前記放出コーティングとして、シリコン炭化物又は黒鉛シリコン炭化物混合物を前記受け口の前記外面上に蒸着するために、前記受け口を低圧力/高温度のCVD過程に供することとして、更に定義される、請求項16に記載の方法。
  18. 前記放出コーティングを塗布する前記工程が、前記放出コーティングとして、窒化シリコンを前記受け口の前記外面上に蒸着するために、前記受け口を大気圧/高温度のCVD過程に供することとして、更に定義される、請求項16に記載の方法。
  19. 前記放出コーティングを塗布する前記工程が、前記放出コーティングとして、熱分解炭素を前記受け口の前記外面上に蒸着するために、前記受け口を高温度のCVD過程に供することとして、更に定義される、請求項16に記載の方法。
  20. 前記放出コーティングを塗布する前記工程が、前記放出コーティングとして、タンタル炭化物又はニオビウム炭化物を前記受け口の前記外面上に蒸着するために、前記受け口をCVR過程に供することとして、更に定義される、請求項16に記載の方法。
  21. 製造機器のチャンバ内で担体上に材料を蒸着する方法であって、前記製造機器は、チャンバを画定する筐体と、前記筐体を通って画定される入口と、前記チャンバから前記蒸着組成物を排出するための、前記筐体を通って画定される、出口と、前記筐体を通って配置され、前記チャンバ内に少なくとも部分的に配置される電極と、担体を受容するために前記チャンバ内の前記電極に接続される受け口と、を含み、前記方法が、
    前記受け口を前記担体及びその上に蒸着される材料からの分離を促進するために、前記受け口の外面上に放出コーティングを塗布する工程と、
    前記受け口を前記チャンバ内の前記電極に接続する工程と、
    前記担体をチャンバ内の前記受け口に接続する工程と、
    前記チャンバを密閉する工程と、
    前記材料又はその前駆体を含む蒸着組成物を前記チャンバ内に導入する工程と、
    前記チャンバ内の前記担体を加熱する工程と、
    前記材料を前記加熱された担体上に蒸着する工程と、
    前記担体を獲得するために前記受け口を前記担体及びその上に蒸着された材料から分離する工程と、を含む、方法。
  22. 前記受け口を前記担体から分離する前記工程が、前記受け口を前記担体から解除するために前記受け口から前記材料を除去することとして、更に定義される、請求項21に記載の方法。
  23. 前記材料を蒸着する前記工程が、シリコンを前記加熱された担体上に蒸着することとして、更に定義される、請求項21に記載の方法。
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