TW202046371A - 電漿處理腔室中用於高偏壓射頻(rf)功率應用的靜電夾盤 - Google Patents
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Abstract
此處提供靜電夾盤的實施例。在一些實施例中,一種在基板處理腔室中使用之靜電夾盤,包括:板,具有第一側及相對於第一側的第二側;第一電極,嵌入板中靠近第一側;第二電極,嵌入板中靠近第二側;複數個導電元件,將第一電極耦合至第二電極;第一氣體通道,佈置於板之中且介於第一電極及第二電極之間;氣體入口,從板的第二側延伸至第一氣體通道;及複數個氣體出口,從板的第一側延伸至第一氣體通道。
Description
本揭露案的實施例大致關於基板處理系統,且更具體而言,關於在基板處理系統中使用的靜電夾盤。
射頻(RF)功率通常在蝕刻處理中使用,例如需要非常高的深寬比孔以進行接觸,或深的溝道用於鋪設電氣路徑的基礎設施。RF功率可用於在待處理的基板上生成電漿及/或建立偏壓,以從整體電漿吸引離子。靜電夾盤用以電氣保持基板,以在處理期間控制基板溫度。靜電夾盤通常包括嵌入介電板中的電極及佈置於介電板下方的冷卻板。用於建立偏壓的RF功率源施加至冷卻板。背側氣體可透過靜電夾盤中的氣體通道引入基板及靜電夾盤之間,作為熱傳送媒介。然而,發明人觀察到施加至冷卻板以在基板上引發偏壓的RF功率在基板及冷卻板之間建立DC電位差,而可非所欲地導致在氣體通道中的電弧。
因此,發明人已提供改良的靜電夾盤。
此處提供靜電夾盤的實施例。在一些實施例中,一種在基板處理腔室中使用之靜電夾盤,包括:板,具有第一側及相對於第一側的第二側;第一電極,嵌入板中靠近第一側;第二電極,嵌入板中靠近第二側;複數個導電元件,將第一電極耦合至第二電極;第一氣體通道,佈置於板之中且介於第一電極及第二電極之間;氣體入口,從板的第二側延伸至第一氣體通道;及複數個氣體出口,從板的第一側延伸至第一氣體通道。
在一些實施例中,一種在基板處理腔室中使用之靜電夾盤,包括:板,具有第一側及相對於第一側的第二側;第一電極,嵌入板中靠近第一側;第二電極,嵌入板中靠近第二側;第三電極,嵌入板的周圍區域中,介於第一電極及第二電極之間;及複數個第一柱,從第一電極延伸至第二電極,以電氣耦合第一電極及第二電極;及複數個第二柱,從第一電極或第二電極之至少一者延伸至第三電極,以將第三電極電氣耦合至第一電極或第二電極之至少一者。
在一些實施例中,一種處理腔室,包括:腔室主體,具有佈置於腔室主體的內部空間之中的基板支撐件,其中基板支撐件包括靜電夾盤,包含:冷卻板;介電板,佈置於冷卻板上方且具有第一電極、第二電極及電氣耦合第一電極及第二電極的複數個柱;一或更多第一氣體通道,從靜電夾盤的底部表面延伸至介電板;複數個第二氣體通道,從一或更多第一氣體通道橫跨靜電夾盤水平地延伸,在第一電極及第二電極之間;及複數個第三氣體通道,從複數個第二氣體通道延伸至靜電夾盤的頂部表面。
以下說明本揭露案的其他及進一步實施例。
此處提供在基板處理腔室中使用的靜電夾盤的實施例。靜電夾盤包括介電板,具有支撐表面以支撐基板。介電板佈置於冷卻板上。在一些實施例中,一或更多氣體通道從靜電的底部表面(例如,冷卻板的底部表面)延伸至靜電夾盤的頂部表面(例如,介電板的頂部表面)。一或更多氣體通道配置成提供諸如氮(N)或氦(He)的背側氣體至靜電夾盤的頂部表面,以作用為熱傳送媒介。
在一些實施例中,RF功率源耦合至冷卻板,且配置成提供負的偏壓至經處理的基板。隨著施加RF功率至冷卻板,在冷卻板上的峰值至峰值電壓(Vpp)及在基板上的Vpp取決於介電板的阻抗而不同。在分別的峰值至峰值電壓中的差異於冷卻板及基板之間建立電場,而可非所欲地造成背側氣體離子化且進而導致電弧。在一些實施例中,於介電板中佈置多重電極以有利地降低在冷卻板上的Vpp及在基板上的Vpp之間的差異。
第1圖根據本揭露案的一些實施例,為處理腔室(例如,電漿處理腔室)的概要剖面視圖。在一些實施例中,電漿處理腔室為蝕刻處理腔室。然而,亦可使用配置用於不同處理的其他類型的處理腔室,或修改而與此處所述的靜電夾盤的實施例一起使用。
腔室100為真空腔室,而適合適以在基板處理期間於腔室內部空間120之中維持次大氣壓力。腔室100包括藉由蓋104覆蓋的腔室主體106,蓋104包覆位於腔室內部空間120的上部部分中的處理空間119。腔室100亦可包括環繞各種腔室部件的一或更多護罩105,以避免在此等部件及離子化的處理材料之間非所欲的反應。腔室主體106及蓋104可以金屬製成,例如鋁。腔室主體106可透過耦合至接地115而接地。
基板支撐件124佈置於腔室內部空間120之中,以支撐且保留例如半導體晶圓的基板122或其他者,使得基板可靜電地保留。基板支撐件124可大致包含靜電夾盤150(以下關於第2-4圖更詳細說明)及用於支撐靜電夾盤150的中空支撐桿112。靜電夾盤150包含具有一或更多電極154佈置於其中的介電板152及冷卻板136。中空支撐桿112提供導管,以例如提供背側氣體、處理氣體、流體、冷卻劑或類似者至靜電夾盤150。
在一些實施例中,中空支撐桿112耦合至舉升機構113,例如致動器或馬達,而提供靜電夾盤150在上部、處理位置(如第1圖中所顯示)及下部、傳送位置(未顯示)之間的的垂直動作。風箱組件110佈置於中空支撐桿112的四周,且耦合於靜電夾盤150及腔室100的底部表面126之間,以提供彈性密封,而允許靜電夾盤150的垂直運動同時避免從腔室100之中的真空洩漏。風箱組件110亦包括與o形環165接觸的下部風箱凸緣164或與下部表面126接觸的其他適合的密封元件,以幫助避免腔室真空的洩漏。
中空支撐桿112提供導管用於將背側氣體供應器141、夾持電源供應器140及RF源(例如,RF電漿電源供應器170及RF偏壓電源供應器117)耦合至靜電夾盤150。在一些實施例中,藉由RF電漿電源供應器170供應的RF能量可具有約40MHz或更大的頻率。背側氣體供應器141佈置於腔室主體106的外側,且供應熱傳送氣體至靜電夾盤150。在一些實施例中,RF電漿電源供應器170及RF偏壓電源供應器117透過分別的RF匹配網路(僅顯示RF匹配網路116)耦合至靜電夾盤150。在一些實施例中,基板支撐件124可替代包括AC、DC或RF偏壓電源。
基板舉升器130可包括安裝在平台108連接至桿111的舉升銷109,桿111耦合至第二舉升機構132,用於抬升及降低基板舉升器130,使得基板122可放置在靜電夾盤150上或從靜電夾盤150移除。靜電夾盤150可包括通孔以容納舉升銷109。風箱組件131耦合於基板舉升器130及底部表面126之間,以提供彈性密封,而在基板舉升器130的垂直運動期間維持腔室真空。
靜電夾盤150包括從靜電夾盤150的下部表面延伸至靜電夾盤150的上部表面中的各種開口的氣體分配通道138。氣體分配通道138透過氣體導管142與背側氣體供應器141流體連通,以在使用期間控制靜電夾盤150的溫度及/或溫度輪廓。
腔室100耦合至真空系統114且與真空系統114流體連通,真空系統114包括用以排空腔室100的節流閥(未顯示)及真空幫浦(未顯示)。腔室100內部的壓力可藉由調整節流閥及/或真空幫浦來調節。腔室100亦耦合至處理氣體供應器118且與處理氣體供應器118流體連通,處理氣體供應器118可供應一或更多處理氣體至腔室100用於處理佈置於其中的基板。
舉例而言,在操作中,可在腔室內部空間120中建立電漿102,以實行一或更多處理。電漿102可透過在腔室內部空間120附近或之中的一或更多電極,藉由從電漿功率源(例如,RF電漿電源供應器170)耦合功率至處理氣體而建立,以點燃處理氣體且建立電漿102。亦可從偏壓功率源(例如,RF偏壓電源供應器117)提供偏壓電源至靜電夾盤150之中的一或更多電極154,以從電漿吸引離子朝向基板122。
第2圖根據本揭露案的至少一些實施例,描繪在腔室100中使用的靜電夾盤200的概要部分側視圖。靜電夾盤200可使用作為以上關於第1圖所述之靜電夾盤150。靜電夾盤200包括介電板210及冷卻板220。在一些實施例中,介電板210使用黏結層附接至冷卻板220。在一些實施例中,介電板210具有第一側202及相對於第一側202的第二側204。在一些實施例中,第一側202與靜電夾盤200的支撐表面232相對應。在一些實施例中,基板122佈置於支撐表面232上。在一些實施例中,冷卻板220以導電材料製成,例如鋁(Al)。在一些實施例中,冷卻板220包括通路(未顯示)以容納冷卻劑的流動。
第一電極208嵌入介電板210中靠近第一側202。第二電極218嵌入介電板210中靠近第二側204。在一些實施例中,第一電極208及第二電極218實質上為平行的。第一電極208及第二電極218可為盤狀的或與介電板210的形狀相對應的任何其他形狀。複數個導電元件212將第一電極208電氣耦合至第二電極218。在一些實施例中,複數個導電元件212為複數個柱。在一些實施例中,介於第一電極208及第一側202之間的第一距離228為約0.8mm至約1.2mm。在一些實施例中,介於第二電極218及第二側204之間的第二距離230為約0.8mm至約1.2mm。在一些實施例中,第一距離228實質上等於第二距離230。第一電極208、第二電極218及複數個導電元件212可以適合的處理相容性材料形成,例如鉬(Mo)、鈦(Ti)或類似者。
將第一電極208放置靠近介電板的第一側202且將第二電極218放置靠近第二側204而具有複數個導電元件212將第一電極208耦合至第二電極218,有利地降低隨著RF功率通過介電板210而建立的支撐表面232及冷卻板220之間的電位差。降低的電位差因此有利地降低在氣體分配通道138中的電弧可能性。
在一些實施例中,氣體分配通道138包括佈置於靜電夾盤的底部表面(例如,冷卻板的底部表面)上的一或更多入口。在一些實施例中,氣體分配通道138包括佈置於靜電夾盤200的支撐表面232或頂部表面上的一或更多出口。在一些實施例中,氣體分配通道138從佈置於靜電夾盤200的底部表面214上的一或更多入口延伸至佈置於靜電夾盤200的頂部表面上的一或更多出口。氣體分配通道138配置成提供例如氮(N)或氦(He)的背側氣體至靜電夾盤的頂部表面。
介於第一電極208及第二電極218之間的區域不具有電場。在一些實施例中,氣體分配通道138實質上佈置於第一電極208及第二電極218之間,以有利地降低或避免其中的電弧可能性。在一些實施例中,氣體分配通道138包括佈置於介電板210之中且介於第一電極208及第二電極218之間的第一氣體通道222。介於第一電極208及第二電極218之間的第一氣體通道222的位置有利地避免在第一氣體通道222中的電弧。第一氣體通道222耦合至佈置於介電板210的第二側204上的氣體入口224。第一氣體通道222耦合至佈置於介電板210的第一側202上的複數個氣體出口226。在一些實施例中,第一氣體通道222的剖面寬度為約0.8mm至約1.2mm。在一些實施例中,第一氣體通道222的剖面高度為約0.8mm至約1.2mm。
在一些實施例中,多孔塞206佈置於氣體分配通道138中,在介電板210及冷卻板220之間的界面處。在一些實施例中,多孔塞206以鋁製成。多孔塞206配置成在介電板210及冷卻板220之間的界面處降低或避免背側氣體的電弧可能性。
第3圖根據本揭露案的至少一些實施例,描繪靜電夾盤的概要側視圖。中心連接件306耦合至夾持電源供應器140,且從靜電夾盤200的底部表面214延伸至介電板210中。在一些實施例中,中心連接件306直接耦合至第一電極208,以將夾持電源供應器140耦合至第一電極208,以提供夾持功率至第一電極208。在一些實施例中,中心連接件306直接耦合至第二電極218。在一些實施例中,絕緣器304在冷卻板220中佈置於中心連接件306四周,以將中心連接件306與冷卻板220電氣隔絕。
在一些實施例中,邊緣環302佈置於介電板210四周,以引導佈置於介電板210上的基板。在一些實施例中,邊緣環302放置於介電板210的上部周圍邊緣處的缺口中。在一些實施例中,邊緣環302放置於佈置於冷卻板220四周的石英環(未顯示)上。在一些實施例中,邊緣環302佈置於介電板210及基板122四周。在一些實施例中,邊緣環302以矽(Si)、碳化矽(SiC)或石墨製成,以在處理期間降低基板122上的污染。
在操作中,RF功率施加在冷卻板220上,而在基板122及電漿102之間建立鞘(sheath)。結果,來自電漿102的離子吸引至偏壓的基板122,且離子垂直於鞘之中的等位線而加速通過鞘。當邊緣環302佈置於介電板210四周時,在邊緣環上的電壓電位與基板122上的電壓電位不同。電壓電位的差異造成鞘在邊緣環302上方比在基板122上方具有更厚的形狀。如此,在鞘之中的等位線接近基板122的邊緣不具有平坦的輪廓,造成離子在邊緣環302四周的角度處加速,且導致在邊緣環302四周的蝕刻輪廓傾斜問題。
在一些實施例中,第三電極310嵌入介電板210的周圍區域中,且透過複數個導電元件308直接耦合至第一電極208及第二電極218之至少一者。在一些實施例中,複數個導電元件308為複數個第二柱。第三電極310在第一電極208及第二電極218之間垂直地佈置。在一些實施例中,介於第三電極310及介電板210的上部周圍邊緣中的缺口的底部表面之間的第三距離312為約0.8mm至約1.2mm。在一些實施例中,第三距離312實質上等於第一距離228及第二距離230。第三電極310在邊緣環302四周有利地建立更平坦的鞘輪廓,以降低或避免蝕刻輪廓傾斜問題。
第4圖根據本揭露案的至少一些實施例,描繪在第一電極208及第二電極218之間的位置處的靜電夾盤的剖面頂部視圖。如以上所討論,第一氣體通道222耦合至佈置於介電板210的第二側204上的氣體入口224。第一氣體通道222包括耦合至氣體入口224的第一端418。在一些實施例中,第一氣體通道222包含橫跨介電板210水平延伸的氣體通道的網絡,從第一端418至複數個第二端426,以界定第一氣室404。複數個第二端426耦合至複數個氣體出口226之相對應一者。在一些實施例中,氣體通道的網絡配置成平均地分開,以從第一端418至各個分別的第二端426沿著第一氣體通道222的各個路徑提供實質上相等的流動長度及傳導性。實質上相等的傳導性意味著在約百分之十之中。
在一些實施例中,第二氣體入口402佈置於介電板410的第二側204上,且耦合至第二氣體通道330。複數個氣體出口佈置於板的第一側202上,且耦合至第二氣體通道330。第二氣體通道330包括耦合至第二氣體入口402的第一端420。在一些實施例中,第二氣體通道330包含橫跨介電板210水平延伸的氣體通道的網絡,從第一端420至複數個第二端414,以界定第二氣室406。複數個第二端414在耦合至第二氣體通道330的第一側202上耦合至複數個氣體出口之相對應一者。在一些實施例中,氣體通道的網絡配置成平均地分開,以從第一端420至各個分別的第二端414沿著第二氣體通道330的各個路徑提供實質上相等的流動長度及傳導性。實質上相等的傳導性意味著在約百分之十之中。
在一些實施例中,第一氣室404與介電板210之中的第二氣室406流體獨立,以在靜電夾盤200的溫度輪廓上有利地提供更大的均勻性或控制。在一些實施例中,耦合至第一氣體通道222的複數個氣體出口226佈置於介電板210的周圍區域中,同時耦合至第二氣體通道330的複數個氣體出口佈置於介電板210的中心區域中。在一些實施例中,耦合至第一氣體通道222的複數個氣體出口226佈置於介電板210的中心區域中,同時耦合至第二氣體通道330的複數個氣體出口佈置於介電板210的周圍區域中。
在一些實施例中,介電板210以兩個板組成,兩個板經加工以形成第一氣體通道222及第二氣體通道330。在一些實施例中,兩個板為燒結的。在一些實施例中,兩個板在加工之後擴散黏結在一起。
儘管以上導向本揭露案的實施例,可衍生本揭露案的其他及進一步實施例而不會悖離其基本範疇。
100:腔室
102:電漿
104:蓋
105:護罩
106:腔室主體
108:平台
109:平台
110:風箱組件
111:桿
112:中空支撐桿
113:舉升機構
114:真空系統
115:接地
116:RF匹配網路
117:RF偏壓電源供應器
118:處理氣體供應器
119:處理空間
120:內部空間
122:基板
124:基板支撐件
126:底部表面
130:基板舉升器
131:風箱組件
132:第二舉升機構
136:冷卻板
138:氣體分配通道
140:夾持電源供應器
141:背側氣體供應器
142:氣體導管
150:靜電夾盤
152:介電板
154:電極
164:下部風箱凸緣
165:O形環
170:RF電漿電源供應器
200:靜電夾盤
202:第一側
204:第二側
206:多孔塞
208:第一電極
210:介電板
212:複數個導電元件
214:底部表面
218:第二電極
220:冷卻板
222:第一氣體通道
224:氣體入口
226:複數個氣體出口
228:第一距離
230:第二距離
232:支撐表面
302:邊緣環
304:絕緣器
306:中心連接件
308:複數個導電元件
310:第三電極
312:第三距離
330:第二氣體通道
402:第二氣體入口
404:第一氣室
406:第二氣室
414:第二端
418:第一端
420:第一端
426:第二端
以上簡要概述且以下更詳細討論的本揭露案的實施例可藉由參考隨附圖式中描繪的本揭露案的圖示實施例而理解。然而,隨附圖式僅圖示本揭露案的通常實施例,且因此不應考量為範疇之限制,因為本揭露案可認可其他均等效果的實施例。
第1圖根據本揭露案的至少一些實施例,描繪具有靜電夾盤的處理腔室之概要側視圖。
第2圖根據本揭露案的至少一些實施例,描繪靜電夾盤的概要部分側視圖。
第3圖根據本揭露案的至少一些實施例,描繪靜電夾盤的概要側視圖。
第4圖根據本揭露案的至少一些實施例,描繪靜電夾盤的剖面頂部視圖。
為了促進理解,已儘可能地使用相同的元件符號代表共通圖式中相同的元件。圖式並非按照比例繪製,且可能為了清楚而省略。一個實施例的元件及特徵可有益地併入其他實施例中而無須進一步說明。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:腔室
102:電漿
104:蓋
105:護罩
106:腔室主體
108:平台
109:平台
110:風箱組件
111:桿
112:中空支撐桿
113:舉升機構
114:真空系統
115:接地
116:RF匹配網路
117:RF偏壓電源供應器
118:處理氣體供應器
119:處理空間
120:內部空間
122:基板
124:基板支撐件
126:底部表面
130:基板舉升器
131:風箱組件
132:第二舉升機構
136:冷卻板
138:氣體分配通道
140:夾持電源供應器
141:背側氣體供應器
142:氣體導管
150:靜電夾盤
152:介電板
154:電極
164:下部風箱凸緣
165:O形環
170:RF電漿電源供應器
Claims (20)
- 一種在一基板處理腔室中使用之靜電夾盤,包含: 一板,具有一第一側及相對於該第一側的一第二側; 一第一電極,嵌入該板中靠近該第一側; 一第二電極,嵌入該板中靠近該第二側; 複數個導電元件,將該第一電極耦合至該第二電極; 一第一氣體通道,佈置於該板之中且介於該第一電極及該第二電極之間; 一氣體入口,從該板的該第二側延伸至該第一氣體通道;及 複數個氣體出口,從該板的該第一側延伸至該第一氣體通道。
- 如請求項1所述之靜電夾盤,進一步包含一第二氣體通道,佈置於該板之中且介於該第一電極及該第二電極之間;一第二氣體入口,佈置於該板的該第二側上且耦合至該第二氣體通道;及複數個氣體出口,佈置於該板的該第一側上且耦合至該第二氣體通道。
- 如請求項2所述之靜電夾盤,其中該第一氣體通道界定一第一氣室,且該第二氣體通道界定一第二氣室,其中在該板之中該第一氣室流體獨立於該第二氣室。
- 如請求項1所述之靜電夾盤,其中該第一氣體通道包含複數個氣體通道,該複數個氣體通道從該氣體入口橫跨該靜電夾盤,在該第一電極及該第二電極之間,水平地延伸至與該複數個氣體出口相對應的複數個端。
- 如請求項4所述之靜電夾盤,其中該複數個氣體通道配置成平均地分開,以從該氣體入口至各個分別的端沿著該第一氣體通道的各個路徑提供實質上相等的流動長度。
- 如請求項1至5任一項所述之靜電夾盤,其中該第一氣體通道具有約0.8mm至約1.2mm的一寬度。
- 如請求項1至5任一項所述之靜電夾盤,進一步包含一第三電極,嵌入該板的一周圍區域中,且直接耦合至該第一電極及該第二電極之至少一者。
- 如請求項1至5任一項所述之靜電夾盤,其中從該第一電極至該靜電夾盤的該第一側的一距離實質上類似於從該第二電極至該靜電夾盤的該第二側的一距離。
- 一種在一基板處理腔室中使用之靜電夾盤,包含: 一板,具有一第一側及相對於該第一側的一第二側; 一第一電極,嵌入該板中靠近該第一側; 一第二電極,嵌入該板中靠近該第二側; 一第三電極,嵌入該板的一周圍區域中,介於該第一電極及該第二電極之間;及 複數個第一柱,從該第一電極延伸至該第二電極,以電氣耦合該第一電極及該第二電極;及 複數個第二柱,從該第一電極或該第二電極之至少一者延伸至該第三電極,以將該第三電極電氣耦合至該第一電極或該第二電極之至少一者。
- 如請求項9所述之靜電夾盤,其中該板包括在一上部周圍邊緣處的一缺口。
- 如請求項10所述之靜電夾盤,其中介於該第一電極及該第一側之間的一距離實質上等於介於該第三電極及藉由該缺口形成的一表面之間的一距離。
- 如請求項9至11任一項所述之靜電夾盤,其中介於該第一電極及該第一側之間的一距離為約0.8mm至約1.2mm。
- 如請求項9至11任一項所述之靜電夾盤,其中介於該第二電極及該第二側之間的一距離為約0.8mm至約1.2mm。
- 如請求項9至11任一項所述之靜電夾盤,其中該第一電極包含鉬(Mo)或鈦(Ti)。
- 一種處理腔室,包含: 一腔室主體,具有佈置於該腔室主體的一內部空間之中的一基板支撐件,其中該基板支撐件包括一靜電夾盤,包含: 一冷卻板; 一介電板,佈置於該冷卻板上方且具有一第一電極、一第二電極及電氣耦合該第一電極及該第二電極的複數個柱; 一或更多第一氣體通道,從該靜電夾盤的一底部表面延伸至該介電板; 複數個第二氣體通道,從該一或更多第一氣體通道橫跨該靜電夾盤水平地延伸,在該第一電極及該第二電極之間;及 複數個第三氣體通道,從該複數個第二氣體通道延伸至該靜電夾盤的一頂部表面。
- 如請求項15所述之處理腔室,其中該靜電夾盤包括在一上部周圍邊緣處的一缺口,且一邊緣環佈置於該缺口中。
- 如請求項16所述之處理腔室,其中該靜電夾盤包括一第三電極,佈置於該靜電夾盤的一周圍區域中,且直接耦合至該第一電極及該第二電極之至少一者。
- 如請求項15至17任一項所述之處理腔室,其中從該第一電極至該靜電夾盤的一頂部表面的一距離實質上類似於從該第二電極至該靜電夾盤的一底部表面的一距離。
- 如請求項15至17任一項所述之處理腔室,其中該冷卻板以鋁製成。
- 如請求項15至17任一項所述之處理腔室,進一步包含一多孔塞,佈置於該一或更多第一氣體通道中,在該介電板及該冷卻板之間的一界面處。
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