JP6208483B2 - 予備電離放電装置及びレーザ装置 - Google Patents
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Description
本開示は、予備電離放電装置及びレーザ装置に関する。
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を、以下、「露光装置」という。このため露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。
次世代の露光技術としては、露光装置側の露光用レンズとウェハ間を液体で満たして、屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が研究されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として液侵露光が行われた場合は、ウェハには水中における波長１３４ｎｍに相当する紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光又はＡｒＦ液浸リソグラフィーという。
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振幅は、約３５０〜４００ｐｍと広いため、これらの投影レンズが使用されると色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から放出されるレーザビームのスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。スペクトル線幅を、以下、「スペクトル幅」という。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内にはエタロンやグレーティング等の狭帯域化素子を有する狭帯域化モジュール（Line Narrow Module）が設けられ、スペクトル幅の狭帯域化が実現されている。このようにスペクトル幅が狭帯域化されるレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
予備電離放電装置は、予備電離を利用したレーザ装置のレーザチャンバに用いられる予備電離放電装置において、誘電体パイプと、前記誘電体パイプの内側に設置された予備電離内電極と、前記誘電体パイプの外側に設置された予備電離外電極と、を含み、前記予備電離外電極は、前記誘電体パイプと接触する接触プレート部と、前記接触プレート部において、前記誘電体パイプを押す方向に力を加える弾性部と、を備える。
また、レーザ装置は、レーザガスが入れられているレーザチャンバと、前記レーザチャンバ内に設置されている１対の放電電極と、予備電離放電装置と、を含み、予備電離放電装置は、誘電体パイプと、前記誘電体パイプの内側に設置された予備電離内電極と、前記誘電体パイプの外側に設置された予備電離外電極と、を含み、前記予備電離外電極は、前記誘電体パイプと接触する接触プレート部と、前記接触プレート部において、前記誘電体パイプを押す方向に力を加える弾性部と、前記接触プレート部において、前記誘電体パイプを押す方向に力を加える付加弾性部と、を備える。
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、予備電離電極部の説明図を示す。
図２は、本開示の一態様における例示的なレーザ装置の概略構成図（１）を示す。
図３は、図２のレーザチャンバ１０の断面図を示す。
図４は、予備電離電極部の斜視図を示す。
図５は、本開示の第１の実施の形態における予備電離電極部の説明図を示す。
図６は、本開示の第２の実施の形態における予備電離電極部の説明図を示す。
図７は、本開示の第２の実施の形態における他の予備電離電極部の説明図を示す。
図８は、本開示の第３の実施の形態における予備電離電極部の説明図を示す。
図９は、本開示の第４の実施の形態における予備電離電極部の説明図を示す。
図１０は、本開示の第５の実施の形態における予備電離電極部の説明図を示す。
図１１は、本開示の第６の実施の形態における予備電離電極部の説明図を示す。
図１２は、本開示の第６の実施の形態の予備電離電極部に形成される保護膜の説明図（１）を示す。
図１３は、本開示の第６の実施の形態の予備電離電極部に形成される保護膜の説明図（２）を示す。
図１４は、本開示の一態様における例示的なレーザ装置に用いられる充放電回路の説明図を示す。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示し、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。尚、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
目次
１．用語の説明
２．レーザ装置
２．１ 課題
２．２ 構成
２．３ 動作
２．４ その他
３．予備電離放電部
３．１ 第１の実施の形態
３．２ 第２の実施の形態
３．３ 第３の実施の形態
３．４ 第４の実施の形態
３．５ 第５の実施の形態
３．６ 第６の実施の形態
４．充放電回路
１．用語の説明
２．レーザ装置
２．１ 課題
２．２ 構成
２．３ 動作
２．４ その他
３．予備電離放電部
３．１ 第１の実施の形態
３．２ 第２の実施の形態
３．３ 第３の実施の形態
３．４ 第４の実施の形態
３．５ 第５の実施の形態
３．６ 第６の実施の形態
４．充放電回路
１．用語の説明
本開示において使用される用語を、以下のように定義する。「光路」とは、レーザ光が通過する経路である。光路は、レーザ光の進行方向に沿ってレーザ光のビーム断面の略中心を通る軸であってもよい。
本開示において使用される用語を、以下のように定義する。「光路」とは、レーザ光が通過する経路である。光路は、レーザ光の進行方向に沿ってレーザ光のビーム断面の略中心を通る軸であってもよい。
２．レーザ装置
２．１ 課題
ところで、ＫｒＦ、ＡｒＦ等のエキシマレーザ装置においては、ガスを励起するための主放電を行う前に、コロナ放電等による予備電離が行われており、この予備電離は、予備電離放電部において行われる。尚、予備電離放電部は、円筒状の誘電体パイプの筒の内部に予備電離内電極が設けられており、誘電体パイプの外側において、誘電体パイプと予備電離外電極とが接触している構造のものである。予備電離放電部の詳細については後述する。また、本願においては、予備電離放電部を予備電離放電装置と記載する場合がある。
２．１ 課題
ところで、ＫｒＦ、ＡｒＦ等のエキシマレーザ装置においては、ガスを励起するための主放電を行う前に、コロナ放電等による予備電離が行われており、この予備電離は、予備電離放電部において行われる。尚、予備電離放電部は、円筒状の誘電体パイプの筒の内部に予備電離内電極が設けられており、誘電体パイプの外側において、誘電体パイプと予備電離外電極とが接触している構造のものである。予備電離放電部の詳細については後述する。また、本願においては、予備電離放電部を予備電離放電装置と記載する場合がある。
予備電離放電部における予備電離外電極は、コロナ放電等を繰り返し行うことにより消耗するが、消耗量が均一ではないため、誘電体パイプと予備電離外電極との間隔が広くなる部分が所々に生じてしまう。具体的には、予備電離外電極が消耗していない時点では、図１（ａ）に示されるように、誘電体パイプ４２と予備電離外電極４３における接触プレート部５３とが、接触するように設置されている。しかしながら、予備電離放電部においてコロナ放電等を繰り返すことにより、図１（ｂ）に示されるように、予備電離外電極４３は不均一に削れ、誘電体パイプ４２と予備電離外電極４３との間で、所々広い隙間が生じてしまう。このように、誘電体パイプ４２と予備電離外電極４３との間で、所々広い隙間が生じてしまうと、後に行われる主放電が不安定となり、パルスレーザ光におけるエネルギ安定性等の特性の低下やビームプロファイル形状が所望の形状と異なる形状となる場合がある。この場合には、レーザチャンバを交換する必要があり、レーザチャンバの交換間隔が短いと、ランニングコストが増加するとともに、交換の際には装置を止める必要があるため、好ましくない。
このため、予備電離を繰り返し行っても、誘電体パイプと外電極との間に、広い隙間が生じることを抑制し、長期間予備電離を行うことのできる耐久性の高い予備電離放電部または予備電離放電装置が好ましい。
２．２ 構成
図２及び図３は、本開示の一態様であるエキシマレーザ装置を示す。尚、本願においては、「エキシマレーザ装置」を単に「レーザ装置」と記載する場合がある。図２は、レーザ装置の概略構成図としての、パルスレーザ光の光路に平行な面における一部断面図を示す。図３は、パルスレーザ光の光路に垂直なＡ−Ａ面におけるレーザ装置のレーザチャンバの断面図を示す。
図２及び図３は、本開示の一態様であるエキシマレーザ装置を示す。尚、本願においては、「エキシマレーザ装置」を単に「レーザ装置」と記載する場合がある。図２は、レーザ装置の概略構成図としての、パルスレーザ光の光路に平行な面における一部断面図を示す。図３は、パルスレーザ光の光路に垂直なＡ−Ａ面におけるレーザ装置のレーザチャンバの断面図を示す。
本開示のレーザ装置は、制御部３０、レーザチャンバ１０、レーザ共振器、パルスエネルギ計測器１７、充電器１２、パルスパワーモジュール（ＰＰＭ：Pulse Power Module）１３、レーザガス供給部２３、レーザガス排気部２４を含んでいてもよい。
レーザチャンバ１０は、１対の放電電極１１ａ、１１ｂ、電気絶縁部２０、予備電離放電部４０、クロスフローファン２１、熱交換器２６、モータ２２、レーザ共振器の光を透過する２つのウインド１０ａ、１０ｂ、圧力センサ１６を含んでいてもよい。尚、本願明細書においては、１対の放電電極１１ａ、１１ｂのうちの一方を第１の放電電極１１ａと記載し、他方を第２の放電電極１１ｂと記載する場合がある。
レーザチャンバ１０は、レーザ共振器の光路上に配置されてもよい。レーザ共振器は、出力結合ミラー（ＯＣ：Output Coupler)１５、狭帯域化モジュール（ＬＮＭ：Line Narrowing Module）１４を含んでいてもよい。狭帯域化モジュール１４は、ビームを拡大するプリズム１４ａとグレーティング１４ｂを含んでいてもよい。グレーティング１４ｂは、入射角度と回折角度が同じ角度となるリトロー配置にしてもよい。
出力結合ミラー１５は、一部のパルスレーザ光を反射し、他のパルスレーザ光を透過する部分反射ミラーであってもよい。パルスエネルギ計測器１７は、ビームスプリッタ１７ａ、集光レンズ１７ｂ、光センサ１７ｃを含んでいてもよい。ビームスプリッタ１７ａは、出力結合ミラー１５を透過し出射されたパルスレーザ光の光路上に配置されていてもよい。集光レンズ１７ｂ及び光センサ１７ｃは、ビームスプリッタ１７ａにおいて反射されたパルスレーザ光の光路上に配置されてもよい。
パルスパワーモジュール１３は、不図示の充電コンデンサを含み、フィードスルー２８等を介し、第１の放電電極１１ａに接続されていてもよい。また、第１の放電電極１１ａと第２の放電電極１１ｂとの間で放電をさせるためのスイッチ１３ａを含んでいてもよい。充電器１２は、パルスパワーモジュール１３内における不図示の充電コンデンサと接続されていてもよい。
レーザチャンバ１０内には、レーザガスが入れられていてもよい。レーザガスは、たとえば、レアガスとしてのＡｒまたはＫｒと、ハロゲンガスとしてのＦ２ガスと、バッファガスとしてのＮｅまたはＨｅまたはそれらの混合ガスとを含んでもよい。レーザガス供給部２３は、不図示のバルブと流量制御弁を含んでいてもよい。レーザガス供給部２３は、不図示のレーザガスを含むガスボンベと接続されていてもよい。レーザガス排気部２４は、不図示のバルブと排気ポンプを含んでいてもよい。
予備電離放電部４０は、予備電離内電極４１、誘電体パイプ４２、予備電離外電極４３を含んでいてもよい。
図４に示されるように、予備電離外電極４３は、固定プレート部５１、ラダー部５２、接触プレート部５３を含んでいてもよい。ラダー部５２は、固定プレート部５１と接触プレート部５３とを接続するものであって、複数の細長い接続部５２ａが所定の間隔で形成されていてもよい。ラダー部５２において、隣り合う接続部５２ａと接続部５２ａとの間は、開口部５２ｂとなっていてもよい。予備電離外電極４３は、主成分として銅を含む金属材料、例えば、無酸素銅、リン青銅、黄銅等により形成されていてもよい。誘電体パイプ４２はＡｌ２Ｏ３等の誘電体により形成されていてもよい。
尚、接続部５２ａは弾性を有しており、接続部５２ａにおける弾性の復元力により、接触プレート部５３が、誘電体パイプ４２を押す方向に力が加わるように形成されていてもよい。本願においては、接続部５２ａを含むラダー部５２を弾性部、または、第１の弾性部と記載する場合がある。
誘電体パイプ４２は、第２の放電電極１１ｂの近傍の位置に、固定パイプ４４を介して配置してもよい。誘電体パイプ４２は、筒状の形状で形成されており、筒状の形状の内側には、円柱形の棒構造の予備電離内電極４１が入れられていてもよい。予備電離内電極４１は、パルスパワーモジュール１３の高圧側と、フィードスルー２８及び固定パイプ４４内に設けられている配線を介して接続されていてもよい。固定パイプ４４及び固定パイプ４４内の配線は、予備電離内電極４１の両端部に各々接続されてもよい。
図４に示されるように、予備電離外電極４３は、接触プレート部５３の先端において、誘電体パイプ４２が設けられている側に所定の力が加わるように設置されていてもよい。
図３に示されるように、第２の放電電極１１ｂ及び予備電離放電部４０は、電極ホルダ２５に設置されていてもよい。第２の放電電極１１ｂ及び予備電離放電部４０は、電力を供給するための配線２７が接続されていてもよい。電極ホルダ２５には、第２の放電電極１１ｂ及び予備電離放電部４０を固定するよう構成され、絶縁体等により形成されたガイド部４５が設けられていてもよい。予備電離外電極４３は、ボルト４６によりガイド部４５に固定されていてもよい。予備電離外電極４３は、接地されていてもよい。
２．３ 動作
制御部３０は、露光装置１００における露光装置コントローラ１１０より、目標のパルスエネルギＥｔと発振トリガとを受信してもよい。レーザ装置は、制御部３０による制御により、目標のパルスエネルギＥｔとなるように、充電器１２に所定の充電電圧Ｖｈｖを設定してもよい。そして、発振トリガに同期させてパルスパワーモジュール１３内におけるスイッチ１３ａを動作させてもよい。スイッチ１３ａが動作することにより、予備電離放電部４０における予備電離内電極４１と予備電離外電極４３との間と、及び１対の放電電極１１ａ、１１ｂの間とに、高電圧が印加され得る。
制御部３０は、露光装置１００における露光装置コントローラ１１０より、目標のパルスエネルギＥｔと発振トリガとを受信してもよい。レーザ装置は、制御部３０による制御により、目標のパルスエネルギＥｔとなるように、充電器１２に所定の充電電圧Ｖｈｖを設定してもよい。そして、発振トリガに同期させてパルスパワーモジュール１３内におけるスイッチ１３ａを動作させてもよい。スイッチ１３ａが動作することにより、予備電離放電部４０における予備電離内電極４１と予備電離外電極４３との間と、及び１対の放電電極１１ａ、１１ｂの間とに、高電圧が印加され得る。
これにより、まず、予備電離放電部４０においてコロナ放電が発生し、ＵＶ光が生成されてもよい。主放電をさせるための１対の放電電極１１ａ、１１ｂの間におけるレーザガスに、生成されたＵＶ光が照射されると、放電電極１１ａ、１１ｂの間のレーザガスが予備電離され得る。この後、１対の放電電極１１ａ、１１ｂの間で放電が生じることにより、レーザガスは励起されうる。励起されたレーザガスから放出される光は、出力結合ミラー１５と狭帯域化モジュール１４とにより形成されるレーザ共振器内を往復することによってレーザ発振に至ってもよい。レーザ共振器内を往復するレーザ光は、プリズム１４ａとグレーティング１４ｂによって、狭帯域化され、一部が出力結合ミラー１５より出射されてもよい。
出力結合ミラー１５より出射されたパルスレーザ光の一部は、パルスエネルギ計測器１７に入射してもよい。パルスエネルギ計測器１７に入射したパルスレーザ光は、ビームスプリッタ１７ａにより一部は反射され、集光レンズ１７ｂを介して光センサ１７ｃに入射してもよい。そして、光センサ１７ｃが、入射したパルスレーザ光のパルスエネルギを計測してもよい。また、パルスエネルギ計測器１７に入射したパルスレーザ光のうち、ビームスプリッタ１７ａを透過したパルスレーザ光は、露光装置１００に入射してもよい。このように、パルスエネルギ計測器１７は、出力結合ミラー１５より出射されたパルスレーザ光のパルスエネルギＥを計測してもよい。
制御部３０は、パルスレーザ光を生成する際の充電電圧Ｖｈｖと出射されたパルスエネルギＥを記憶してもよい。制御部３０は、目標パルスエネルギＥｔと実際に出力されたエネルギＥとの差ΔＥに基づいて、目標パルスエネルギＥｔとなるように充電電圧Ｖｈｖを調整するフィードバック制御を行ってもよい。このように、制御部３０が行う制御によって、充電電圧Ｖｈｖが変動してもよい。
制御部３０は、充電電圧Ｖｈｖが許容範囲の最大値よりも高くなった場合には、レーザガス供給部２３を制御して、所定の圧力となるまでレーザガスをレーザチャンバ１０内に供給してもよい。また、制御部３０は、充電電圧Ｖｈｖが許容範囲の最小値よりも低くなった場合には、レーザガス排気部２４を制御して、所定の圧力となるまでレーザガスをレーザチャンバ１０内から排気してもよい。
２．４ その他
レーザ装置は、必ずしも狭帯域化レーザ装置でなく、自然発振光を出力するレーザ装置であってもよい。例えば、狭帯域化モジュール１４に代えて、高反射ミラーを配置してもよい。また、上記においては、エキシマレーザ装置の例を示したが、レーザガスとしてフッ素ガスとバッファガスを含むガスを用いたＦ２分子レーザ装置であってもよい。
レーザ装置は、必ずしも狭帯域化レーザ装置でなく、自然発振光を出力するレーザ装置であってもよい。例えば、狭帯域化モジュール１４に代えて、高反射ミラーを配置してもよい。また、上記においては、エキシマレーザ装置の例を示したが、レーザガスとしてフッ素ガスとバッファガスを含むガスを用いたＦ２分子レーザ装置であってもよい。
３．予備電離放電部
図１（ｂ）に示されるように、予備電離放電部４０において、予備電離外電極４３における接触プレート部５３が不均一に削れ、誘電体パイプ４２と予備電離外電極４３における接触プレート部５３の間において、広い隙間が生じる理由について検討を行った。
図１（ｂ）に示されるように、予備電離放電部４０において、予備電離外電極４３における接触プレート部５３が不均一に削れ、誘電体パイプ４２と予備電離外電極４３における接触プレート部５３の間において、広い隙間が生じる理由について検討を行った。
誘電体パイプ４２の外側表面には、約０．３５ｍｍのうねり等が生じている場合がある。このため、予備電離外電極４３における接触プレート部５３の剛性が高く、接触プレート部５３を誘電体パイプ４２表面に押し付ける力が弱い場合、接触プレート部５３と誘電体パイプ４２との間において、所々若干の隙間が生じうる。
このような隙間が生じてしまうと、コロナ放電させた際に生じる電子が、予備電離外電極４３における接触プレート部５３に衝突し、接触プレート部５３を形成している材料が電子衝突等により損傷することがある。このため、コロナ放電を繰り返すことにより、接触プレート部５３と誘電体パイプ４２との間における隙間が徐々に広がり、例えば、１．５ｍｍの隙間が生じてしまう。このように、接触プレート部５３と誘電体パイプ４２との間において広い隙間が生じてしまうと、前述したように、主放電において悪影響を与える。
このため、予備電離外電極４３においては、適切な柔軟性と押し付け力とが求められている。予備電離外電極４３において、柔軟性を高める方法としては、ラダー部５２における開口部５２ｂを広くし接続部５２ａの本数を減らす方法、または、接続部５２ａの幅を狭くする方法があるが、この場合、押し付け力が減ってしまう可能性がある。
また、押し付け力を高める方法としては、ラダー部５２における開口部５２ｂを狭くし接続部５２ａの本数を増やす方法、または、接続部５２ａの幅を広くする方法があるが、この場合、柔軟性は失われてしまう。
このように、予備電離外電極４３において、柔軟性と押し付け力とは、トレードオフの関係にあるため、双方の要求を満たすことは容易ではなかった。
３．１ 第１の実施の形態
第１の実施の形態について、図５に基づき説明する。尚、図５（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図５（ｂ）は側面図を示す。本実施の形態は、予備電離外電極４３に板バネ部６０を設け、板バネ部６０の付加的な弾性力によって接触プレート部５３が誘電体パイプ４２を押す力を強めた構造の予備電離放電部４０を含むものである。板バネ部６０は、黄銅等により形成されている板バネを複数積層することにより形成したものであってもよい板バネ部６０は、下端部において、ボルト４６により固定プレート部５１とともにガイド部４５に固定されていてもよい。本実施の形態においては、板バネ部６０の弾性力により、予備電離外電極４３における接触プレート部５３は、所定の押し付け力以上の力で、誘電体パイプ４２に押し付けられ得る。板バネ部６０を形成する材料の材質は、黄銅が好ましいが、ステンレスにニッケルメッキしたものであってもよい。これにより、誘電体パイプ４２の外側表面にうねりや凹凸があったとしても、接触プレート部５３の長手方向のほぼ全域において、所定の押し付け力以上の力で押し付けることができるため、誘電体パイプ４２と予備電離外電極４３との間において隙間が生じることを抑制することができる。尚、本願においては、板バネ部６０を付加弾性部と記載する場合がある。
第１の実施の形態について、図５に基づき説明する。尚、図５（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図５（ｂ）は側面図を示す。本実施の形態は、予備電離外電極４３に板バネ部６０を設け、板バネ部６０の付加的な弾性力によって接触プレート部５３が誘電体パイプ４２を押す力を強めた構造の予備電離放電部４０を含むものである。板バネ部６０は、黄銅等により形成されている板バネを複数積層することにより形成したものであってもよい板バネ部６０は、下端部において、ボルト４６により固定プレート部５１とともにガイド部４５に固定されていてもよい。本実施の形態においては、板バネ部６０の弾性力により、予備電離外電極４３における接触プレート部５３は、所定の押し付け力以上の力で、誘電体パイプ４２に押し付けられ得る。板バネ部６０を形成する材料の材質は、黄銅が好ましいが、ステンレスにニッケルメッキしたものであってもよい。これにより、誘電体パイプ４２の外側表面にうねりや凹凸があったとしても、接触プレート部５３の長手方向のほぼ全域において、所定の押し付け力以上の力で押し付けることができるため、誘電体パイプ４２と予備電離外電極４３との間において隙間が生じることを抑制することができる。尚、本願においては、板バネ部６０を付加弾性部と記載する場合がある。
３．２ 第２の実施の形態
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図６に示されるように、板バネに代えて巻バネを設けた構造のものであってもよい。尚、図６（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図６（ｂ）は側面図を示す。本実施の形態は、引っ張りバネとなる巻バネ６１を設けた構造のものであり、巻バネ６１の一方の端は、予備電離外電極４３のラダー部５２における接続部５２ａと接続されており、他方の端は、電極ホルダ２５に設けられた突起部２５ａの端部と接続されている。このように設置された巻バネ６１は、縮む方向に力が働くものであり、接触プレート部５３が誘電体パイプ４２を押す力を強めることができる。尚、巻バネ６１は、ステンレスにニッケルメッキをしたものであってもよく、また、ラダー部５２におけるすべての接続部５２ａに巻バネ６１を設けてもよい。
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図６に示されるように、板バネに代えて巻バネを設けた構造のものであってもよい。尚、図６（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図６（ｂ）は側面図を示す。本実施の形態は、引っ張りバネとなる巻バネ６１を設けた構造のものであり、巻バネ６１の一方の端は、予備電離外電極４３のラダー部５２における接続部５２ａと接続されており、他方の端は、電極ホルダ２５に設けられた突起部２５ａの端部と接続されている。このように設置された巻バネ６１は、縮む方向に力が働くものであり、接触プレート部５３が誘電体パイプ４２を押す力を強めることができる。尚、巻バネ６１は、ステンレスにニッケルメッキをしたものであってもよく、また、ラダー部５２におけるすべての接続部５２ａに巻バネ６１を設けてもよい。
また、本実施の形態は、図７に示されるように、圧縮バネとなる巻バネ６２を用いたものであってもよい。尚、図７（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図７（ｂ）は側面図を示す。本実施の形態は、圧縮バネとなる巻バネ６２を設けた構造のものであり、巻バネ６２の一方の端は、予備電離外電極４３のラダー部５２における接続部５２ａと接続されており、他方の端は、ガイド部４５の一部と接続されている。このように設置された巻バネ６２は、伸びる方向に力が働いており、接触プレート部５３が誘電体パイプ４２を押す力を強めることができる。尚、巻バネ６２は、ステンレスにニッケルメッキをしたものであってもよく、また、ラダー部５２におけるすべての接続部５２ａに巻バネ６２を接続してもよい。
以上より、本実施の形態は、誘電体パイプ４２の外側表面にうねりや凹凸があったとしても、所定の押し付け力以上の力で押すことができるため、誘電体パイプ４２と予備電離外電極４３との間において隙間が生じることを防ぐことができる。尚、本願においては、巻バネ６１または巻バネ６２を付加弾性部と記載する場合がある。
３．３ 第３の実施の形態
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図８に示されるように、ラダー部５２における開口部５２ｂをひし形や三角形で形成し、接続部５２ａの長さを長くした構造のものであってもよい。言い換えるならば、接触プレート部５３及び固定プレート部５１の長手方向に対し、接続部５２ａの長手方向が傾斜し、各長手方向が垂直以外の角度なすように形成した構造のものであってもよい。尚、図８（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図８（ｂ）は側面図を示す。本実施の形態は、全体の大きさを大きくすることなく、予備電離外電極４３において、弾性変形範囲内でのストローク量Ｘを増やすことができる。即ち、ストローク量Ｘを増やすためには、一般的には、接続部５２ａの長さを長くすればよいが、この場合、予備電離外電極４３の大きさが大きくなってしまう。従って、本実施の形態においては、接続部５２ａが斜めとなるように形成することにより、予備電離外電極４３の大きさを大きくすることなく、ストローク量Ｘを増やすことができる。例えば、接触プレート部５３及び固定プレート部５１の長手方向と、接続部５２ａの長手方向とのなす角が３０°の場合では、接続部５２ａの長さを約２倍にすることができ、この分ストローク量Ｘを増やすことができる。また、本実施の形態においては、部品点数が増えることもない。
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図８に示されるように、ラダー部５２における開口部５２ｂをひし形や三角形で形成し、接続部５２ａの長さを長くした構造のものであってもよい。言い換えるならば、接触プレート部５３及び固定プレート部５１の長手方向に対し、接続部５２ａの長手方向が傾斜し、各長手方向が垂直以外の角度なすように形成した構造のものであってもよい。尚、図８（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図８（ｂ）は側面図を示す。本実施の形態は、全体の大きさを大きくすることなく、予備電離外電極４３において、弾性変形範囲内でのストローク量Ｘを増やすことができる。即ち、ストローク量Ｘを増やすためには、一般的には、接続部５２ａの長さを長くすればよいが、この場合、予備電離外電極４３の大きさが大きくなってしまう。従って、本実施の形態においては、接続部５２ａが斜めとなるように形成することにより、予備電離外電極４３の大きさを大きくすることなく、ストローク量Ｘを増やすことができる。例えば、接触プレート部５３及び固定プレート部５１の長手方向と、接続部５２ａの長手方向とのなす角が３０°の場合では、接続部５２ａの長さを約２倍にすることができ、この分ストローク量Ｘを増やすことができる。また、本実施の形態においては、部品点数が増えることもない。
本実施の形態は、誘電体パイプ４２の外側表面にうねりや凹凸があったとしても、ストローク量Ｘを増やすことにより、うねり等の形状に対する対応性を高めることができ、誘電体パイプ４２と予備電離外電極４３との間において隙間が生じることを防ぐことができる。
３．４ 第４の実施の形態
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図９に示されるように、押し付け力を高めるために、接触プレート部５３に近い側から固定プレート部５１に近い側に向かって、接続部５２ａにおける長手方向に直交する面の断面積が徐々に大きくなるように形成したものであってもよい。尚、図９（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図９（ｂ）は側面図を示す。本実施の形態は、接触プレート部５３に近い側から固定プレート部５１に近い側に向かって、接続部５２ａの断面積が徐々に大きくなるように形成することにより、押し付け力を高めることができる。即ち、接続部５２ａの断面積を部分的に大きくすることにより、押し付け力を高めることができ、接続部５２ａの太さを部分的に従来並みとすることにより、柔軟性を確保することができる。本実施の形態においては、例えば、接続部５２ａの幅は、接触プレート部５３に近い側が１．０ｍｍ、固定プレート部５１に近い側が３．０ｍｍとなるように形成してもよい。
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図９に示されるように、押し付け力を高めるために、接触プレート部５３に近い側から固定プレート部５１に近い側に向かって、接続部５２ａにおける長手方向に直交する面の断面積が徐々に大きくなるように形成したものであってもよい。尚、図９（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図９（ｂ）は側面図を示す。本実施の形態は、接触プレート部５３に近い側から固定プレート部５１に近い側に向かって、接続部５２ａの断面積が徐々に大きくなるように形成することにより、押し付け力を高めることができる。即ち、接続部５２ａの断面積を部分的に大きくすることにより、押し付け力を高めることができ、接続部５２ａの太さを部分的に従来並みとすることにより、柔軟性を確保することができる。本実施の形態においては、例えば、接続部５２ａの幅は、接触プレート部５３に近い側が１．０ｍｍ、固定プレート部５１に近い側が３．０ｍｍとなるように形成してもよい。
３．５ 第５の実施の形態
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図１０に示されるように、柔軟性と押し付け力との双方を高めるために、第４の実施の形態の構造に加えて、接触プレート部５３の厚さを、ラダー部５２における接続部５２ａ及び固定プレート部５１よりも薄くした構造のものであってもよい。尚、図１０（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図１０（ｂ）は側面図を示す。本実施の形態は、板状に形成される接触プレート部５３の厚さを、ラダー部５２における接続部５２ａ及び固定プレート部５１よりも薄くすることにより、柔軟性と押し付け力との双方を高めることができる。即ち、接触プレート部５３の厚さを薄くすることにより、柔軟性を高めることができ、ラダー部５２における接続部５２ａの断面積を部分的に大きくすることにより、押し付け力を高めることができる。本実施の形態においては、例えば、接触プレート部５３の厚さａ１は、約０．３ｍｍで形成されており、ラダー部５２における接続部５２ａ及び固定プレート部５１の厚さａ２は、０．５ｍｍで形成してもよい。
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図１０に示されるように、柔軟性と押し付け力との双方を高めるために、第４の実施の形態の構造に加えて、接触プレート部５３の厚さを、ラダー部５２における接続部５２ａ及び固定プレート部５１よりも薄くした構造のものであってもよい。尚、図１０（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図１０（ｂ）は側面図を示す。本実施の形態は、板状に形成される接触プレート部５３の厚さを、ラダー部５２における接続部５２ａ及び固定プレート部５１よりも薄くすることにより、柔軟性と押し付け力との双方を高めることができる。即ち、接触プレート部５３の厚さを薄くすることにより、柔軟性を高めることができ、ラダー部５２における接続部５２ａの断面積を部分的に大きくすることにより、押し付け力を高めることができる。本実施の形態においては、例えば、接触プレート部５３の厚さａ１は、約０．３ｍｍで形成されており、ラダー部５２における接続部５２ａ及び固定プレート部５１の厚さａ２は、０．５ｍｍで形成してもよい。
３．６ 第６の実施の形態
次に、第６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図１１に示されるように、予備電離外電極４３における接触プレート部５３の先端に誘電体等により保護膜１５０を成膜してもよい。保護膜１５０は、接触プレート部５３の先端において、少なくともコロナ放電する領域に成膜してもよい。図１１（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図１１（ｂ）は側面図を示す。
次に、第６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図１１に示されるように、予備電離外電極４３における接触プレート部５３の先端に誘電体等により保護膜１５０を成膜してもよい。保護膜１５０は、接触プレート部５３の先端において、少なくともコロナ放電する領域に成膜してもよい。図１１（ａ）は本実施の形態における予備電離外電極４３部分の斜視図を示し、図１１（ｂ）は側面図を示す。
レーザガスとしてフッ素ガスを含む放電励起ガスレーザ装置に用いられる予備電離外電極４３においては、予備電離外電極４３における接触プレート部５３に成膜される誘電体膜としては、フッ化物が好ましい。
例えば、予備電離外電極４３が、銅または銅を主成分とする材料により形成されている場合は、接触プレート部５３の押付け力が、１．８ｋｇｆ以上で、約１×１０９回コロナ放電させると、長手方向において均一にフッ化銅（ＣｕＦ２）の膜が形成される。このように、長手方向において均一にフッ化銅の膜が形成されると、コロナ放電させても接触プレート部５３が殆ど削れなくなる。成膜される保護膜１５０の厚さは、０．００５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下が好ましく、更には、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下が好ましい。本実施の形態においては、予備電離外電極４３における消耗量を減少させることができる。
保護膜１５０を形成する材料の例としては、フッ化銅（ＣｕＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、フッ化ニッケル（ＮｉＦ３）、フッ化コバルト（ＣｏＦ３）、フッ化鉄（ＦｅＦ３）等のフッ化物が挙げられる。これらのフッ化物のうち、蒸気圧の低いＣａＦ２、ＳｒＦ２がより好ましい。
保護膜１５０は、単一のフッ化物を均一で緻密に形成した膜でもよい。例えば、保護膜１５０は、厚さが約０．１ｍｍのフッ化銅の膜により形成されてもよい。また、保護膜１５０を形成する材料としては、耐フッ素性を持つ酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を用いてもよい。保護膜１５０の成膜方法としては、溶射、爆射、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、プラズマ蒸着等が挙げられる。
また、図１２に示されるように、保護膜１５０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の誘電体膜に、導電性を確保するために、電気伝導性の良い金属の微粒子を混ぜた混合材料により形成されているものであってもよい。この際用いられる金属は、予備電離外電極４３を形成している金属と同じ金属であってもよく、予備電離外電極４３を形成している金属とは異なる金属であってもよい。具体的には、用いられる金属は、銅、アルミニウム、コバルト、ニッケル、ストロンチウム、鉄等であってもよい。このような保護膜１５０は、予備電離外電極４３における接触プレート部５３に、例えば、Ｃｕを主成分とする金属粒子と、例えば、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする誘電体とを溶射することにより形成することができる。この場合、例えば、保護膜１５０は、Ａｌ２Ｏ３にＣｕの微粒子をドープした膜を約０．１ｍｍの厚さとなるように形成してもよい。
また、レーザガスにフッ素が含まれる場合には、金属は、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）等であってもよい。これらの金属材料は、フッ化することにより強いフッ化膜が形成されるからである。誘電体にドープされる金属の割合は、誘電体に対して０．０１〜５０％が好ましい。
また、保護膜１５０は、直径が０．１ｍｍ程度の空孔が不均一に分散して形成されているような膜であってもよい。空孔は、保護膜１５０を貫通していなくともよい。何故ならば、保護膜１５０において、空孔が存在して薄くなっている部分が順次、絶縁破壊されて、保護膜１５０において導電性を得ることができるからである。
また、図１３に示されるように、保護膜１５０は、例えばＡｌ２Ｏ３等により形成される誘電体膜１５０ａと、例えばＣｕ等により形成される金属膜１５０ｂとを交互に積層形成することにより形成された多層膜であってもよい。
本実施の形態では、予備電離外電極４３における消耗量を減少させ、予備電離における放電を長期間均一化させることができるため、主放電における放電も長期間均一化させることができる。結果として、放電電極１１ａ、１１ｂにおける消耗量を減らすことができる。
４．充放電回路
次に、図１４に基づきパルスパワーモジュール１３を含む充放電回路の構成について説明する。
次に、図１４に基づきパルスパワーモジュール１３を含む充放電回路の構成について説明する。
パルスパワーモジュール１３は、上述したスイッチ１３ａである半導体スイッチ、トランスＴＣ１、磁気スイッチＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３、充電コンデンサＣ０、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、を含んでいてもよい。尚、磁気スイッチに印加される電圧の時間積分値が、しきい値に達すると、その磁気スイッチに電流が流れ易くなる。本願においては、磁気スイッチに電流が流れ易くなっている状態を、磁気スイッチが閉じていると記載する場合がある。しきい値は磁気スイッチ毎に異なる値である。
また、スイッチ１３ａは充電コンデンサＣ０とトランスＴＣ１の１次側との間に設けられていてもよい。磁気スイッチＭＳ１はトランスＴＣ１の２次側とコンデンサＣ１との間に設けられていてもよい。磁気スイッチＭＳ２はコンデンサＣ１とコンデンサＣ２との間に設けられていてもよい。磁気スイッチＭＳ３はコンデンサＣ２とコンデンサＣ３との間に設けられていてもよい。
トランスＴＣ１は、１次側と２次側が電気的に絶縁されていてもよい。また、１次側と２次側の巻き線の方向が逆であってもよい。
レーザチャンバ１０と電極１１ｂとは電気的に接続されており、ともに接地されていてもよい。
１対の電極１１ａ、１１ｂと並列に接続される、コンデンサＣ１１及びＣ１２、インダクタンスＬ０を含む分圧回路を設けてもよい。この分圧回路は、コンデンサＣ１１及びＣ１２、インダクタンスＬ０が、直列に接続されているものであってもよい。
次に、充電器１２及びパルスパワーモジュール１３の動作について説明する。
充電器１２は、制御部３０による制御により、充電電圧Ｖｈｖが設定されてもよい。また、充電器１２は、設定された充電電圧Ｖｈｖに基づき、充電コンデンサＣ０を充電してもよい。
パルスパワーモジュール１３においては、制御部３０よりスイッチ１３ａにレーザ発振させるための信号が送信されると、スイッチ１３ａが閉じ、充電コンデンサＣ０よりトランスＴＣ１の１次側に電流が流れてもよい。
トランスＴＣ１においては、トランスＴＣ１の１次側に電流が流れることにより、電磁誘導により、トランスＴＣ１の２次側において、逆の方向に電流が流れてもよい。
この後、トランスＴＣ１の２次側において電流が流れることにより生じた起電力により、磁気スイッチＭＳ１が閉じ、トランスＴＣ２の２次側からコンデンサＣ１へ電流が流れ、コンデンサＣ１が充電されてもよい。
この後、コンデンサＣ１が充電されることにより、磁気スイッチＭＳ２が閉じ、コンデンサＣ１からコンデンサＣ２へ電流が流れて、コンデンサＣ２が充電されてもよい。この際、コンデンサＣ１を充電する際の電流のパルス幅よりも短いパルス幅で、コンデンサＣ２が充電されてもよい。
この後、コンデンサＣ２が充電されることにより、磁気スイッチＭＳ３が閉じ、コンデンサＣ２からコンデンサＣ３へ電流が流れて、コンデンサＣ３が充電されてもよい。この際、コンデンサＣ２を充電する際の電流のパルス幅よりも短いパルス幅で、コンデンサＣ３が充電されてもよい。
このように、コンデンサＣ１からコンデンサＣ２、コンデンサＣ２からコンデンサＣ３へと電流が順次流れることにより、パルス幅が短くなり、コンデンサＣ３に電荷が充電されてもよい。
この後、コンデンサＣ３からレーザチャンバ１０内に設けられた第１の電極１１ａと第２の電極１１ｂとの間に電圧が印加され、第１の電極１１ａと第２の電極１１ｂとの間におけるレーザガスにおいて放電が生じてもよい。この際、第１の電極１１ａには、負の電位（−ＨＶ）が印加されてもよい。
１対の電極１１ａ、１１ｂと並列に設けられたコンデンサＣ１１及びＣ１２、インダクタンスＬ０からなる分圧回路により、１対の電極１１ａ、１１ｂの間に加わるパルス電圧を分圧してもよい。分圧される範囲は、１対の電極１１ａ、１１ｂの間に加わるパルス電圧の２５％〜７５％の範囲であってもよい。分圧された電圧は、予備電離放電部４０における予備電離内電極４１と予備電離外電極４３に印加されてもよい。
分圧回路における分圧比、コンデンサＣ１１、Ｃ１２の容量、インダクタンスＬ０の値を調整することにより、時定数を所望の値にして、主放電に対する予備電離放電のタイミングを調整してもよい。この分圧回路における合成容量は、コンデンサＣ３の容量の１０％以下であってもよい。
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
１０ レーザチャンバ
１０ａ ウインド
１０ｂ ウインド
１１ａ 放電電極（第１の放電電極）
１１ｂ 放電電極（第２の放電電極）
１２ 充電器
１３ パルスパワーモジュール
１３ａ スイッチ
１４ 狭帯域化モジュール
１４ａ プリズム
１４ｂ グレーティング
１５ 出力結合ミラー
１６ 圧力センサ
１７ パルスエネルギ計測器
１７ａ ビームスプリッタ
１７ｂ 集光レンズ
１７ｃ 光センサ
２０ 電気絶縁部
２１ クロスフローファン
２２ モータ
２３ レーザガス供給部
２４ レーザガス排気部
２５ 電極ホルダ
２６ 熱交換器
２７ 配線
２８ フィードスルー
３０ 制御部
４０ 予備電離放電部（予備電離放電装置）
４１ 予備電離内電極
４２ 誘電体パイプ
４３ 予備電離外電極
４４ 固定パイプ
４５ ガイド部
４６ ボルト
５１ 固定プレート部
５２ ラダー部（弾性部、第１の弾性部）
５２ａ 接続部
５２ｂ 開口部
５３ 接触プレート部
６０ 板バネ部（付加弾性部）
６１ 巻バネ（付加弾性部）
６２ 巻バネ（付加弾性部）
１００ 露光装置
１１０ 露光装置制御部
１５０ 保護膜
１０ａ ウインド
１０ｂ ウインド
１１ａ 放電電極（第１の放電電極）
１１ｂ 放電電極（第２の放電電極）
１２ 充電器
１３ パルスパワーモジュール
１３ａ スイッチ
１４ 狭帯域化モジュール
１４ａ プリズム
１４ｂ グレーティング
１５ 出力結合ミラー
１６ 圧力センサ
１７ パルスエネルギ計測器
１７ａ ビームスプリッタ
１７ｂ 集光レンズ
１７ｃ 光センサ
２０ 電気絶縁部
２１ クロスフローファン
２２ モータ
２３ レーザガス供給部
２４ レーザガス排気部
２５ 電極ホルダ
２６ 熱交換器
２７ 配線
２８ フィードスルー
３０ 制御部
４０ 予備電離放電部（予備電離放電装置）
４１ 予備電離内電極
４２ 誘電体パイプ
４３ 予備電離外電極
４４ 固定パイプ
４５ ガイド部
４６ ボルト
５１ 固定プレート部
５２ ラダー部（弾性部、第１の弾性部）
５２ａ 接続部
５２ｂ 開口部
５３ 接触プレート部
６０ 板バネ部（付加弾性部）
６１ 巻バネ（付加弾性部）
６２ 巻バネ（付加弾性部）
１００ 露光装置
１１０ 露光装置制御部
１５０ 保護膜
Claims (9)
- 予備電離を利用したレーザ装置のレーザチャンバに用いられる予備電離放電装置において、
誘電体パイプと、
前記誘電体パイプの内側に設置された予備電離内電極と、
前記誘電体パイプの外側に設置された予備電離外電極と、
を含み、
前記予備電離外電極は、
前記誘電体パイプと接触する接触プレート部と、
前記接触プレート部において、前記誘電体パイプを押す方向に力を加える弾性部と、
前記接触プレート部において、前記誘電体パイプを押す方向に力を加える付加弾性部と、
を備える予備電離放電装置。 - 前記付加弾性部は、板バネまたは巻バネである請求項１に記載の予備電離放電装置。
- 前記弾性部には、前記接触プレート部と接続されている接続部が複数設けられており、
前記接続部が弾性を有することにより前記弾性部となっている請求項１に記載の予備電離放電装置。 - 前記弾性部は板状であり、前記接触プレート部よりも厚く形成されている請求項３に記載の予備電離放電装置。
- 前記接触プレート部の長手方向に対し、前記接続部の長手方向が傾斜するように形成されている請求項３に記載の予備電離放電装置。
- 前記接触プレート部の表面には、誘電体を含む材料により保護膜が形成されている請求項１に記載の予備電離放電装置。
- 前記保護膜は、フッ化物を含む材料により形成されている請求項６に記載の予備電離放電装置。
- 前記保護膜は、誘電体膜と金属膜とを交互に積層することにより形成されている請求項６に記載の予備電離放電装置。
- レーザガスが入れられているレーザチャンバと、
前記レーザチャンバ内に設置されている１対の放電電極と、
予備電離放電装置と、を含み、
予備電離放電装置は、
誘電体パイプと、
前記誘電体パイプの内側に設置された予備電離内電極と、
前記誘電体パイプの外側に設置された予備電離外電極と、を含み、
前記予備電離外電極は、
前記誘電体パイプと接触する接触プレート部と、
前記接触プレート部において、前記誘電体パイプを押す方向に力を加える弾性部と、
前記接触プレート部において、前記誘電体パイプを押す方向に力を加える付加弾性部と、
を備えるレーザ装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013144580A JP6208483B2 (ja) | 2013-07-10 | 2013-07-10 | 予備電離放電装置及びレーザ装置 |
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Family Applications (1)
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- 2014-07-10 WO PCT/JP2014/068430 patent/WO2015005427A1/ja active Application Filing
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