JP6333081B2 - 振動制御装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、振動制御装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法に関する。

極微細パターンを転写または形成するリソグラフィ装置において、当該装置を設置した床から当該装置内に伝わる振動がオーバーレイ精度や解像（転写）性能を劣化させる原因となる。そこで、従来のリソグラフィ装置においては、床振動の影響を軽減するために、本体部分である定盤は、振動制御装置（除振装置）を介して支持される。従来の振動制御装置は、定盤を支持する気体ばねを有し、さらに定盤の加速度を検出する加速度センサと定盤に力を加えるアクチュエータとを用いて速度フィードバック制御系を構成し、振動の減衰を行っている。しかしながら、速度フィードバック制御系で振動の減衰を行っても、気体ばねの固有振動数に依存する振動制御装置の固有振動数は、低くても３〜５Ｈｚ程度である。そこで、より低周波の振動まで除振するためには、振動制御装置の固有振動数をさらに下げる必要がある。

特許文献１は、基準物体と、それを支持し、質量体を含む支持部とが２自由度振動系を構成する振動制御装置を開示している。当該振動制御装置は、基準物体と質量体との相対変位を一定とするように質量体に制御力を加えることで基準物体を低周波から除振し、さらに基準物体に制御対象物を位置決めすることで、制御対象物は、位置決め制御のサーボ帯域内で低周波から除振される。

また、特許文献２は、基準物体と、それを支持する支持部とが１自由度振動系を構成する除振装置を開示している。当該除振装置は、基準物体を低固有振動数で支持部に支持させることで低周波から除振し、基準物体に制御対象物を位置決めすることで、制御対象物は、位置決め制御のサーボ帯域内で低周波から除振される。また、当該除振装置は、基礎構造物の変位を検出する変位センサをさらに設置し、検出した変位に基づいて、制御対象物と基礎構造物との間に配置されている駆動部が、基礎構造物の変位により制御対象物に加わる外乱力を相殺する制御力を制御対象物に加える。このようなフィードフォワード制御により、基礎構造物の変位による外乱力が制御対象物に加わることを抑える。

特開２０１２−９７７８６号公報 特開２００９−１６８１２２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている振動制御装置では、サーボ帯域を超える周波数帯域では、制御対象物が基準物体に追従できず、除振性能を改善させることができない。一方、特許文献２に開示されている除振装置では、基礎構造物の変位を検出する変位センサをさらに設置するため、コストが増える。また、制御対象物を基準物体に位置決めするために制御対象物からの基準物体の位置を計測する変位センサの検出点と、上記の基礎構造物の変位を検出する変位センサの検出点とが異なると、基礎構造物の変位による制御対象物の振動を正確に検出することができない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、単純な構成で、除振可能な周波数帯域を広げるのに有利な振動制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、基部に支持される第１物体の振動を制御する振動制御装置であって、基部に設置され、第１物体を変位可能に支持する第１弾性機構と、第１物体を変位させる第１駆動部と、第２物体と、第２物体を変位可能に支持する第２弾性機構と、第２弾性機構を支持する第３物体と、基部に設置され、第３物体を変位可能に支持する第３弾性機構と、第３物体を変位させる第２駆動部と、第１物体と第２物体との相対位置を検出する第１検出器と、第２物体と第３物体との相対位置を検出する第２検出器と、第１検出器が出力する第１検出信号に基づいて、第１駆動部への操作量を表す第１操作信号を出力する第１補償器を含む第１制御系と、第２検出器が出力する第２検出信号に基づいて、第２駆動部への操作量を表す第２操作信号を出力する第２補償器を含む第２制御系と、第２制御系に関する信号に基づいて、基部の振動を補償するように第１駆動部への操作量を表す第３操作信号を出力する第３補償器を含む第３制御系と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、単純な構成で、除振可能な周波数帯域を広げるのに有利な振動制御装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る振動制御装置の構成を示す図である。 比較例としての基部から第１物体への振動伝達率のボード線図である。 比較例としての第１物体のコンプライアンスのボード線図である。 第２フィードバック制御系のブロック線図である。 第２フィードバック制御系の一巡伝達関数のボード線図である。 絶対変位から第２操作量への伝達関数のボード線図である。 第１実施形態での基部から第１物体への振動伝達率のボード線図である。 第２実施形態での基部から第１物体への振動伝達率のボード線図である。 本発明の第３実施形態に係る振動制御装置の構成を示す図である。 絶対速度から第２検出信号への伝達関数のボード線図である。 第３実施形態での基部から第１物体への振動伝達率のボード線図である。 第４実施形態での基部から第１物体への振動伝達率のボード線図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る振動制御装置について説明する。本実施形態に係る振動制御装置は、一の物体から伝達し得る他の物体での振動を制御するものであり、ここでは半導体デバイスや液晶表示デバイスなどの製造工程におけるリソグラフィー工程に採用されるリソグラフィ装置に設置されるものとする。図１は、本実施形態に係る振動制御装置６００を備えるリソグラフィ装置５００の構成を示す概略図である。図中、鉛直方向であるＺ軸に垂直な平面内で、Ｘ軸、およびＸ軸に直交するＹ軸を取っている。リソグラフィ装置５００は、被処理体である基板に対してパターン形成処理を行う処理部Ｌと、処理部Ｌを構成する少なくとも一部の構成要素としての第１物体１の振動を制御する振動制御装置６００とを備える。

処理部Ｌは、パターンを基板に形成するユニットの本体またはその一部であり、第１物体１は、当該ユニットを支持（搭載）する支持部（例えば定盤）である。リソグラフィ装置５００が、基板上の未硬化層を型により成形し、その後に離型して、基板上にパターンを形成するインプリント装置である場合、当該ユニットは、基板または型の少なくとも一方を保持する保持部（基板ホルダまたは型ホルダ、等）を含みうる。また、当該装置が荷電粒子線に対して感応する基板上の層に荷電粒子線を投射して描画を行う描画装置である場合、当該ユニットは、荷電粒子線を投射する投射系および基板の少なくとも一方を保持する保持部（投射系ハウジングまたは基板ホルダ、等）を含みうる。また、当該装置が光に対して感応する基板上の層に光を投影して当該層を露光する露光装置である場合、当該ユニットは、光を投影する投影系、原版および基板の少なくとも一つを保持する保持部（鏡筒、原版ホルダまたは基板ホルダ、等）を含みうる。そして、処理部Ｌは、リソグラフィ装置５００全体を支持する基部２に対して、第１ばね機構３と、第１駆動部４とを介して支持される第１物体１に支持される。

振動制御装置６００は、振動源としての基部２と、振動制御対象（除振対象）としての第１物体１との間に設置されるものであり、第１ばね機構３と、第１駆動部４と、基準部１００とを含む。第１ばね機構（第１弾性機構）３は、弾性部材として、例えば気体ばね（空気ばね）を含む。第１駆動部４は、例えばリニアモータを含み、第１物体１に力を加えて、基部２に対して変位させる。

基準部１００は、第２物体２１と、第２ばね機構（第２弾性機構）２３と、第３物体３１と、第３ばね機構（第３弾性機構）３３と、第２駆動部２４と、第２検出器２６と、第２補償器２５と、第１検出器６と、第１補償器５とを含む。第２物体２１は、第２ばね機構２３を介して第３物体３１に変位可能に支持される。第３物体３１は、第３ばね機構３３を介して基部２に変位可能に支持される。第２駆動部２４は、第３物体３１に力を加えて、基部２に対して変位させる。第２検出器２６は、第２物体２１と第３物体３１との相対変位（相対位置、または、第２物体２１および第３物体３１の一方に対する他方の位置または変位）を第２検出信号２０１として出力する。第１検出器６は、第１物体１と第２物体２１との相対変位（相対位置、または、第１物体１および第２物体２１の一方に対する他方の位置または変位）を第１検出信号１０１として出力する。ここで、第１検出器６の検出点と、第２検出器２６の検出点とは、第１に示すように、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延びる一直線上に存在することが望ましい。これにより、第１検出器６と第２検出器２６とは、各変位をより正確に検出することができる。

まず、第３物体３１は、第２検出信号２０１に基づいて、第２物体２１と第３物体３１との相対変位が一定になるように、第２制御系としての第２フィードバック制御系２９により位置フィードバック制御される。第２補償器２５は、第２フィードバック制御系２９に含まれ、第２検出信号２０１と目標値２０とに基づいて、第３物体３１に減衰力を加えるように、第２駆動部２４への第２操作量（第２操作信号）２０２を演算し（生成し）出力する。第２補償器２５としては、ＰＩＤ補償器を用いうる。ここで、Ｋｐ２を比例ゲインとし、Ｋｉ２を積分ゲインとし、Ｋｄ２を微分ゲインとし、ラプラス変換に用いる複素周波数をｓ（ｓ＝σ＋ｉω）とすると、第２補償器２５は、式（１）で表される。

一方、第１物体１は、第１検出信号１０１に基づいて、第１制御系としての第１フィードバック制御系９により位置フィードバック制御される。第１補償器５は、第１フィードバック制御系９に含まれ、第１検出信号１０１と目標値１０とに基づいて、第１駆動部４への第１操作量（第１操作信号）１０２を演算し（生成し）出力する。なお、ここでは第１フィードバック制御系９のサーボ帯域を３０Ｈｚとしている。

図２は、比較例として基部２から第１物体１への振動伝達率を示すボード線図（上段がゲイン、下段が位相）である。図中、破線は、第１フィードバック制御系９がオフの場合を示し、実線は、第１フィードバック制御系９がオンの場合を示す。図２を参照すると、第１フィードバック制御系９をオンにすることにより、基部２から第１物体１へ伝達する振動のうち、およそ０．１Ｈｚから３０Ｈｚまでの範囲の振動が大幅に低減されることがわかる。

図３は、第１物体１のコンプライアンス（変位／力、すなわち剛性の逆数）を示すボード線図（上段がコンプライアンス、下段が位相）である。図中、破線は、第１フィードバック制御系９がオフの場合を示し、実線は、第１フィードバック制御系９がオンの場合を示す。図３を参照すると、第１フィードバック制御系９をオンにすることにより、第１物体１上で発生し得る約３０Ｈｚ以下の振動が大幅に低減されることがわかる。

このように、第１フィードバック制御系９を用いることで、第１物体１の除振性能（基部２から伝わる振動の除去）と、制振性能（第１物体１に加わる外乱力による振動の抑制）とを同時に向上させることができる。しかしながら、第１物体１は、第１フィードバック制御系９により第２物体２１に位置フィードバック制御されていることから、第１フィードバック制御系９のサーボ帯域以上の周波数帯域では、図２に示すように、除振性能が改善していない。これに対して、サーボ帯域以上の周波数帯域の除振性能を改善する方法として、基部２の振動を検出し、その振動を補償する制御力を第１物体１に加えるフィードフォワード制御を行うことが考えられる。しかしながら、基部２の振動を検出するための加速度センサ、速度センサまたは変位センサなどを追加すると、装置コストが増える。また、基部２の振動を検出するためのセンサを新たに追加することは、第１ばね機構や第１駆動部４などとの配置的な干渉を考慮すると実装上も困難を要する。さらに、実装上、第１検出器６の検出点と、基部２の振動を検出するためのセンサの検出点とが異なるものとなると、基部２の振動により第１物体１に加わる振動を正確に検出することができず、効果的なフィードフォワード制御を行うことができない。そこで、本実施形態では、振動制御装置６００は、以下のような第３制御系としてのフィードフォワード制御系を追加することで、第１フィードバック制御系９のサーボ帯域以上の周波数帯域でも、除振性能を改善させる。

図４は、第２フィードバック制御系２９を示すブロック線図である。ここで、Ｇｃは、第２補償器２５を示し、Ｇ０は、第３物体３１に加わる力から第３物体３１の絶対変位Ｘ３への伝達関数を示し、Ｇ１は、第３物体３１の絶対変位Ｘ３から第１検出信号２０１への伝達関数を示している。この場合、第３物体３１に加わる外乱力Ｆｄから第２操作量２０２への伝達関数は、式（２）で表される。

ただし、Ｇｃ・Ｇ０・Ｇ１は、第２フィードバック制御系２９の一巡伝達関数である。図５は、この一巡伝達関数を示すボード線図である。特にＧｃ・Ｇ０・Ｇ１＞＞１の帯域では、式（２）は、式（３）のように近似される。

一方、基部２の絶対変位をＸ０とし、第３ばね機構３３のばね定数をＫ３とすると、基部２の絶対変位Ｘ０により第３物体３１に発生する外乱力Ｆｄは、式（４）で表される。

そして、式（３）と式（４）とにより、第２操作量２０２は、式（５）で表される。

図６は、基部２の絶対変位Ｘ０から第２操作量２０２への伝達関数を示すボード線図である。図６および式（５）を参照すると、第２操作量２０２は、Ｇｃ・Ｇ０・Ｇ＞＞１の帯域（０．１Ｈｚ程度から５０Ｈｚ程度までの帯域）で、基部２の絶対変位Ｘ０に比例した値であることがわかる。そして、基部２の絶対変位Ｘ０は、式（５）を変形し、式（６）で表される。

式（６）を用いると、操作量２０２から基部２の絶対変位Ｘ０を求めることができる。そこで、振動制御装置６００は、図１に示すように、フィードフォワード制御系３９により、基部２の絶対変位Ｘ０により第１物体１に発生する外乱力を補償するように、第２操作量２０２を、第３補償器３５を介して第１駆動部４へフィードフォワードする。このとき、第１駆動部４の動特性をＡとし、また、第１ばね機構３の動特性をＣ１・ｓ＋Ｋ１と表現すると、第３操作量（第３操作信号）としてのフィードフォワード操作量３０２は、式（７）で表される。

すなわち、第３補償器３５は、式（８）で表される。

図７は、本実施形態において上記フィードフォワード制御を行う場合の基部２から第１物体１への振動伝達率を示すボード線図である。図中、破線は、比較例としてフィードフォワード制御系３９がオフの場合を示し、実線は、フィードフォワード制御系３９がオンの場合を示す。図７によれば、このようなフィードフォワード制御を行うことにより、１０Ｈｚから５０Ｈｚまでの振動伝達率が低減されていることがわかる。

このように、振動制御装置６００は、第２操作量２０２が特定の周波数帯域にて基部２の振動に比例した値となる特性を利用し、第２操作量２０２をフィードフォワード制御に用いる。これにより、振動制御装置６００は、第１フィードバック制御系９のサーボ帯域以上の周波数帯域でも、除振性能を改善させることができる。さらに、振動制御装置６００は、上記のようなフィードフォワード制御を行うために新たにセンサを追加することがないので、センサ追加に伴う、コストの増大や配置的な干渉、またはフィードフォワード制御の性能劣化などを避けることができる。

以上のように、本実施形態によれば、単純な構成で、除振可能な周波数帯域を広げるのに有利な振動制御装置を提供することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る振動制御装置について説明する。上記の第１実施形態では、第２操作量２０２は、Ｇｃ・Ｇ０・Ｇ１＞＞１の範囲では基部２の絶対変位Ｘ０に比例する値であることを示した。これに対して、本実施形態に係る振動制御装置の特徴は、第１実施形態と同様のフィードフォワード制御を行いつつ、さらに高周波までの振動伝達率を低減するために、位相進み補償器を用いて第２操作量２０２の高周波の位相を補償する点にある。具体的には、第３補償器３５に、式（９）で表される位相進み補償器Ｂ１が追加される。

ただし、ｗｗ１は、位相進み補償器Ｂ１の折点周波数である。したがって、本実施形態における第３補償器３５は、式（１０）で表される。

図８は、本実施形態における基部２から第１物体１への振動伝達率を示すボード線図である。図中、破線は、比較例として第１実施形態においてフィードフォワード制御系３９がオンの場合を示し、実線は、第２実施形態においてフィードフォワード制御系３９がオンの場合を示す。図８を参照すると、位相進み補償器Ｂ１が第３補償器３５に追加されることで、高周波でも振動伝達率が低減されることがわかる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る振動制御装置について説明する。上記の第１実施形態では、フィードフォワード操作量３０２は、第２駆動部２４への第２操作量２０２（第２操作信号）を用いて導出された。これに対して、本実施形態の特徴は、第２操作量２０２に換えて、第２検出器２６の第２検出信号２０１を用いてフィードフォワード操作量３０２を導出する点にある。図９は、本実施形態に係る振動制御装置６１０を備えるリソグラフィ装置５１０の構成を示す概略図である。なお、図１に示す第１実施形態におけるリソグラフィ装置５００と同一構成のものには同一の符号を付す。

まず、第２フィードバック制御系２９を示すブロック線図である図４を参照すると、第３物体３１に加わる外乱力Ｆｄから第２検出信号２０１への伝達関数は、式（１１）で表される。

この場合、特に、第２フィードバック制御系２９の一巡伝達関数である図５中のＧｃ・Ｇ０・Ｇ１＞＞１の帯域では、式（１１）は、式（１２）のように近似される。

ここで、第２補償器２５（Ｇｃ）は、積分器が作用する帯域では、式（１３）に示すように近似することができるので、式（１２）は、さらに式（１４）で表される。

そして、式（１４）と式（４）とにより、第２検出信号２０１は、式（１５）で表される。

図１０は、基部２の絶対速度Ｘ０・ｓから第２検出信号２０１への伝達関数を示すボード線図である。図１０および式（１５）から、第２検出信号２０１は、Ｇｃ・Ｇ０・Ｇ１＞＞１の帯域かつ第２補償器２５の積分器が作用する帯域（０．１Ｈｚ程度から１０Ｈｚ程度までの帯域）において、基部２の絶対速度Ｘ０・ｓに比例した値であることがわかる。そして、基部２の絶対速度Ｘ０・ｓは、式（１５）を変形し、式（１６）で表される。

式（１６）を用いると、第２検出信号２０１から基部２の絶対速度Ｘ０・ｓを求めることができる。そこで、振動制御装置６１０は、図９に示すように、フィードフォワード制御系３９により、基部２の絶対速度Ｘ０・ｓにより第１物体１に発生する外乱力を補償するように、第２検出信号２０１を、第３補償器３５を介して第１駆動部４へフィードフォワードする。このとき、フィードフォワード操作量３０２は、式（１７）で表される。

すなわち、第３補償器３５は、式（１８）で表される。

図１１は、本実施形態において上記フィードフォワード制御を行う場合の基部２から第１物体１への振動伝達率を示すボード線図である。図中、破線は、比較例としてフィードフォワード制御系３９がオフの場合を示し、実線は、フィードフォワード制御系３９がオンの場合を示す。図１１によれば、上記フィードフォワード制御を行うことにより、４Ｈｚから１０Ｈｚまでの振動伝達率が低減されていることがわかる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る振動制御装置について説明する。上記の第３実施形態では、第２検出信号２０１は、Ｇｃ・Ｇ０・Ｇ１＞＞１の帯域かつ第２補償器２５の積分器が作用する帯域（０．１Ｈｚ程度から１０Ｈｚ程度までの帯域）において、基部２の絶対速度Ｘ０・ｓに比例する値であることを示した。これに対して、本実施形態に係る振動制御装置の特徴は、第３実施形態と同様のフィードフォワードを行いつつ、さらに高周波までの振動伝達率を低減するために、位相進み補償器を用いて第２検出信号２０１の高周波の位相を補償する点にある。具体的には、第３補償器３５に、式（１９）で表される位相進み補償器Ｂ１と、式（２０）で表される位相進み補償器Ｂ２とが追加される。

ただし、ｗｗ２は、位相進み補償器Ｂ２の折点周波数であり、ｗｗ３は、位相進み補償器Ｂ３の折点周波数であり、ζ３は、位相進み補償器Ｂ３の減衰比である。したがって、本実施形態における第３補償器３５は、式（２１）で表される。

図１２は、本実施形態における基部２から第１物体１への振動伝達率を示すボード線図である。図中、破線は、比較例として第３実施形態においてフィードフォワード制御系３９がオンの場合を示し、実線は、第４実施形態においてフィードフォワード制御系３９がオンの場合を示す。図１２を参照すると、２つの位相進み補償器Ｂ２、Ｂ３が第３補償器３５に追加されることで、高周波でも振動伝達率が低減されることがわかる。

（物品の製造方法）
実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。該製造方法は、物体（例えば、感光材を表面に有する基板）上に上記のリソグラフィ装置を用いてパターン（例えば潜像パターン）を形成する工程と、該工程でパターンを形成された物体を処理する工程（例えば、現像工程）とを含みうる。さらに、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形または変更が可能である。

１ 第１物体
２ 基部
３ 第１ばね機構
４ 第１駆動部
５ 第１補償器
６ 第１検出器
２１ 第２物体
２３ 第２ばね機構
２４ 第２駆動部
２５ 第２補償器
２６ 第２検出器
３１ 第３物体
３３ 第３ばね機構
３５ 第３補償器
６００ 振動制御装置

Claims (10)

1. 基部に支持される第１物体の振動を制御する振動制御装置であって、
   前記基部に設置され、前記第１物体を変位可能に支持する第１弾性機構と、
   前記第１物体を変位させる第１駆動部と、
   第２物体と、
   前記第２物体を変位可能に支持する第２弾性機構と、
   前記第２弾性機構を支持する第３物体と、
   前記基部に設置され、前記第３物体を変位可能に支持する第３弾性機構と、
   前記第３物体を変位させる第２駆動部と、
   前記第１物体と前記第２物体との相対位置を検出する第１検出器と、
   前記第２物体と前記第３物体との相対位置を検出する第２検出器と、
   前記第１検出器が出力する第１検出信号に基づいて、前記第１駆動部への操作量を表す第１操作信号を出力する第１補償器を含む第１制御系と、
   前記第２検出器が出力する第２検出信号に基づいて、前記第２駆動部への操作量を表す第２操作信号を出力する第２補償器を含む第２制御系と、
   前記第２制御系に関する信号に基づいて、前記基部の振動を補償するように前記第１駆動部への操作量を表す第３操作信号を出力する第３補償器を含む第３制御系と、
   を有することを特徴とする振動制御装置。
2. 前記第３補償器は、位相進み補償器を含むことを特徴とする請求項１に記載の振動制御装置。
3. 前記第２制御系に関する信号は、前記第２検出信号であることを特徴とする請求項１または２に記載の振動制御装置。
4. 前記第２制御系に関する信号は、前記第２操作信号であることを特徴とする請求項１または２に記載の振動制御装置。
5. 前記第１補償器は、前記第１物体の振動が低減するように、前記第１操作信号を出力することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動制御装置。
6. 前記第２補償器は、前記第３物体に減衰力を加えるように、前記第２操作信号を出力することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動制御装置。
7. 前記第３補償器は、前記第１物体の振動が低減するように、前記第３操作信号を出力することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動制御装置。
8. 前記第１検出器の検出点と、前記第２検出器の検出点とは、鉛直方向に延びる一直線上に存在することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動制御装置。
9. パターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、
   前記パターンを形成する処理部の少なくとも一部を支持する支持部と、
   前記支持部を前記第１物体とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動制御装置と、
   を備えることを特徴とするリソグラフィ装置。
10. 請求項９に記載のリソグラフィ装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された基板を処理する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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