JPH0438812A - 試料位置決め装置 - Google Patents

試料位置決め装置

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JPH0438812A
JPH0438812A JP2145141A JP14514190A JPH0438812A JP H0438812 A JPH0438812 A JP H0438812A JP 2145141 A JP2145141 A JP 2145141A JP 14514190 A JP14514190 A JP 14514190A JP H0438812 A JPH0438812 A JP H0438812A
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敏孝 小林
Masahiro Tsunoda
正弘 角田
Takayasu Furukawa
古川 貴康
Isao Kobayashi
功 小林
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    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば、半導体集積@路の製造に使用される
縮小投影露光装置又は電子線描画装置等の試料の位置決
めに使用される装置に関する。
〔従来の技術〕
従来より、この種の位置決め装置は、位置決め精度が高
く、且つ位置決めに要する時間ひいては製造に要する時
間が短いことが要求される。そのため、位置決め装置に
は、ステップ移動専用の粗調(粗動)用の駆動機構と、
微調(微動)用の駆動機構を備えたステージが使用され
、粗動駆動機構による粗の位置決めの後に、微動駆動機
構による微小の位置決めを行っている。
例えば、特開昭53−64478号公報に開示される位
置決め装置では、X軸、Y軸、Z軸等に移動可能な粗動
ステージの上に、X軸、Y軸、Z軸等に移動可能な微動
ステージやその駆動機構等を載置している。
また、最近では、本願呂願人が特願昭63−28768
3号のように、3次元で移動可能な(具体的には、X軸
、Y軸、Z軸の3軸方向に移動可能で、且つX軸・Y軸
平面での微小回転や上下方向の微小傾きの移動も行う)
機能を備えた微動ステージの内側に上下方向の貫通空間
を形成し、この空間にX軸、Y軸、Z軸に移動可能な粗
動ステージを独立させて配置したものを提案している。
このうち、後者の場合には、微動ステージとその内側に
配置される粗動ステージとが2軸駆動機構を介して高低
(上下)の位置関係を変えることができ、ステージ上の
試料保持台を持ち替えることができる。そして、試料の
粗位置決めの場合には、粗動ステージの上面を微動ステ
ージの上面よりも高くして、粗動ステージが試料保持台
をチャックを介して吸着保持し、微調整の場合には、逆
に微動ステージの上面を粗動ステージよりも高くして、
微動ステージが試料保持台を保持しつつ、各方向の位置
決めを行っている。
この後者の方式は、前者のように粗動ステージ上に微動
ステージを載せておらず、粗動ステージを微動ステージ
と独立させて移動可能にしている。
従って、粗動ステージ移動の負担が軽く、駆動機構の起
動電流や駆動電流を小さくできる。そのため、電力消費
の節約のほか、発熱量を抑えて位置決めに用いるレーザ
測長の誤差原因(発熱による空気のゆらぎ)の解消等を
図り得るが、次のような改善すべき点があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
近年、試料1例えばウェハは8インチと大径化になる傾
向があり、それに伴い試料保持台も大型化し、試料の露
光範囲も広がるため、保持台の移動範囲が広がることに
なる。
このような実情において、後者の装置を用いてウェハの
位置決めを行う場合には、ます粗動ステージが試料保持
台をステップ移動させ(粗の位置決め)、その後で微動
ステージが試料保持台を持ち替えて微小の位置決めを行
うが、この時粗動ステージは初期の基準の位rに戻され
た状態にある。
そして1以上の位置決め動作を繰り返して、ステップ単
位に試料の露光や電子描画が行われる。
このような装置を用いた場合、粗動ステージがステップ
移動するたびに、粗動ステージと試料保持台の位置関係
が変化する。そのため、粗動ステージが試料保持台の必
ずしも中央或いはその付近をチャックするとは限らず、
試料保持台の端を片持ち状態でチャックすることもあっ
た。
従って、試料保持台が大型化すると、これを保持する粗
動ステージが試料保持台を端の位置でチャックした時に
、試料保持台の自重により粗動ステージ或いはその支持
機構がたわんでしまい、位置決めに悪影響を及ぼす。
また、ウェハひいては試料保持台の大型化は、粗動ステ
ージのチャック機構の大型化を招く。チャック機構とし
て、大型電磁チャックを使用した場合には、駆動電流に
よる発熱量が増大し、その熱が試料保持台に伝導して熱
膨張することにより、位置決めに悪影響を及ぼす、さら
に、発熱によりレーザ測長器の光路上の空気のゆらぎが
正確な位置測定を妨げるおそれもあった。
その他、粗動ステージが試料保持台を中心から偏った位
置で1箇所だけを支持する場合には、粗動ステージをX
軸、Y軸に直進させる場合に、その支持点を中心に粗動
ステージに回動力が作用することもあった。
本発明は1以上の点に鑑みてなされたもので、その主た
る目的とするところは、試料の大型化に伴う前述した如
き諸問題を解決して、位置決め精度の向上を図り得る装
置を提供することにある。
さらに、その他の目的は、上記主たる目的を達成できる
ほかに、粗動のX、Y軸駆動機構が作動した時の振動が
フレーム、微動用の駆動機構(例えば圧電アクチュエー
タ)を介して微動テーブルに伝わるといった事態(この
ような事態は振動が終わるまで位置決めの整定時間がか
かる原因となる)をなくシ1位置決め作業ひいては試料
処理時間の短縮を図り得る位置決め装置を提供すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記主たる目的を達成するために、次のよう
な課題解決手段(これを第1の課題解決手段とする)を
提案する。なお、内容の理解を容易にするため、第1図
の実施例の符号を引用して説明する。
第1の課題解決手段は、少なくともX軸、Y軸の2次元
で移動可能な粗動ステージ3と、3次元で移動可能な微
動ステージ4とを備え、基本的には、この粗動ステージ
3と微動ステージ4とを機械的なつながりを持たせない
で、独立させる。
そして、粗動ステージ3は、粗動駆動機構6等により支
持される基台3A、この基台3Aの上面に分散された状
態で複数配設された試料台支持用の突起3B、・・3B
n等よりなり、一方、微動ステージ4内側には貫通空間
4A(実施例では1貫通空間4Aを4A、・・・4An
に分散させている)を形成して5貫通空間4Aを粗動ス
テージ3側の突起3B、−3Bnの配置に対応させ、粗
動ステージ3の基台3Aを微動ステージ4の下側に位置
させつつ、粗動ステージ3側の突起3Bよ・・・3Bn
を微動ステージ4内側の貫通空間4Aに分散配置するこ
とで、これらの複数の突起3B、・・・3Bnが粗動ス
テージ3として機能する構成としてなる。
すなわち、粗動ステージ3と微動ステージ4とは、いず
れかのZ軸駆動機構14を介して粗動ステージ3.微動
ステージ4同士の高低の位置関係を変えることで、試料
保持台5の持ち替え可能とするが、この場合、粗動ステ
ージ3側は突起3B・・・3Bnがこの役割をなす。
また、第2の課題解決手段は、上記第1の課題解決手段
を前提として、粗動ステージ3のX軸。
Y軸の粗動駆動機構6,7(第2図に示す)等を微動ス
テージ4を支持しているフレーム1より分離して配置し
、この粗動駆動機構と粗動ステージ3とを連結部材1o
を介して連結する。
さらに第2の課題解決手段の応用としては、粗動ステー
ジ3がX軸、Y軸の他にZ軸の粗動駆動機構により支持
される場合には、前記X軸、Y軸組動駆動機構6,7と
粗動ステージ3とを可撓性を有する弾性部材10により
連結してなる。
〔作用〕
第1の課題解決手段の作用・・・このような構成よりな
れば、z@駒助動機構14より、微動ステージ4と粗動
ステージ3とを相対的に上下動させれば5 (イ)粗動
ステージ3側の突起3B1〜3Bnの上面を微動ステー
ジ4の上面よりも高くしたリ、(ロ)その逆に微動ステ
ージ4の上面を粗動ステージ3側の突起3B、〜3Bn
の上面よりも高くすることができる。
そして、試料の位置を粗調整する場合には、前記(イ)
の動作を行って、突起3B1〜aBn上に試料保持台5
を載せて、保持させる。その後、粗動ステージ3のY軸
、Y軸等の粗動機構6,7により粗動ステージ3ひいて
は試料保持台5をステップ移動させる。このようにして
、試料16の粗の位置決めがなされる。
この後、(ロ)の動作が選択され、試料保持台5は微動
ステージ4側に持ち替えられた後、微動駆動機構12.
13 (第2図に示す)、14を介して必要な微動調整
(例えば、試料保持台5のΔX、ΔY、ΔZ方向の微動
や、Y軸・Y軸平面の回転角△θ、上下方向の傾き角Δ
λ等の調整)がなされ、試料16の微小な位置決めがな
される。
この時、粗動ステージ3側は、基準位置に戻される。
以上の動作を繰り返していくことで、試料保持台5と粗
動ステージ3との相対位置が変化する。
このような試料保持台5と粗動ステージ3との相対位置
が変化した場合でも、本課題解決手段では、試料保持台
5を粗動ステージ3の基台3Aに分散配設された複数の
突起3B、〜3Bnで保持するので、従来のように試料
保持台5の端を片持ちするといった事態を回避できる。
従って、試料保持台5等のオーバフ1ングによる撓みの
発生を防止する。
また、粗動ステージ3を複数の突起3B工〜3Bnで複
数支持するので、粗動ステージ3をY軸。
Y軸に直進させた場合に、粗動ステージに回動力が生じ
るのをなくすことができる。
さらに、粗動ステージ3が試料保持台5をチャックにて
吸着保持する場合には、チャックの突起3B、〜3Bn
ごとに分散配置できる。
そのため、チャックとして例えば電磁チャックのような
ものを使用する場合でも、各電磁チャックを小型にする
ことができ、チャック機構の発熱量を抑制し、試料保持
台5の熱膨張による変形を防ぎ、かつ発熱による空気ゆ
らぎをなくしてレーザ測長の誤差をなくす。
従って、以上の各作用により高精度の位置決めを行い得
る。
第2の課題解決手段の作用・・本課題解決手段では、粗
動ステージ3のY軸、Y軸等の駆動機416゜7をフレ
ーム1より分離して配置するので、粗動ステージ3の移
動中でも、その駆動機構からの振動が試料保持台5に伝
わらないため、粗動後にすぐ微動ステージによる微小の
位置決めを可能とし。
位置決めの整定時間を短縮することができる。
また、第2の課題解決手段において、Y軸、Y軸粗動翻
動機構6,7と粗動ステージ3とを可撓性を有する弾性
部材10により連結した場合には、粗動ステージ3がZ
軸方向に移動した場合でも、その移動を弾性部材10の
弾性変形を介して吸収できるので、粗動ステージと粗動
調整に支障をきたすことはない。
〔実施例〕
本発明の一実施例を図面に基づき説明する。
第1図は本実施例に係る試料位置決め装置の縦断面図、
第2図はその一部省路上面図である。
これらの図において、1は装置のフレームで、フレーム
1の内側空間2に粗動ステージ3及び微動ステージ4が
配置される。
粗動ステージ3は、方形状の基台3Aと、その上面に分
散して複数配設された突起3B、・・3Bnとで構成さ
れる。実施例では、突起3Bは、第2図に示すように3
B、〜3B、の計8個としである。なお、第2図では、
後述する試料保持台5を省略して作図しである。第2図
に示すように粗動ステージ3は、その基台3Aの一辺が
X軸粗動翻動機構6と、他辺がY@粗動機構7とそれぞ
れ可襖性の弾性部材10を介して連結され、これらの連
結部材10及び基台3Aの下に配置した図示していない
Z細粗動駆動機構を介して支持される。
なお、この粗動ステージ3側のZ細粗動駆動機構は、試
料16を他の搬送機構(図示せず)等と受は渡しする場
合に用いる。
本実施例のX軸粗動駆動機構6及びY軸粗動駆動機構7
は、スクリューロッド8.サーボモータ9等のねじ送り
機構よりなり、フレーム1とは分離して配置しである。
粗動ステージ3は±25mのストローク可動ができ、±
2μmの停止精度を持っている。そして、スクリューロ
ッド8がフレーム1を貫通し、ロッド先端8と粗動ステ
ージ3とが前述したごとく可撓性の連結部材1oを介し
て連結される。突起3B、〜3B、の上面には、それぞ
れの電磁チャック11が配設される。
微動ステージ4は、粗動ステージ3よりも面積を大きく
した方形状を呈し、その内側に上下方向を貫通させた複
数の穴部(空間)4Aが配設される。穴部4Aは、粗動
ステージ側の突起3B1〜3B、に対応させて、穴部4
A工〜4A、の計8個とし、これらの穴部を分散配置し
である。
そして、この微動ステージ4の下方に粗動ステージ3の
基台3Aが位置し、突起3B1〜3B、が穴部4A1〜
4A、にそれぞれ嵌装しである。
微動ステージ4は、X@微微動助動機構12Y軸微動駆
動機構13及びZ細微動駈動機構14により支持される
。これらのX軸、Y軸、Z軸のそれぞれの微動駆動機構
は、例えば圧電素子のアクチュエータにより構成される
。これらの圧電素子は、80μmの変位が可能で、この
うちZ軸微動駆動機構14は、3個用いて微動ステージ
4を3点支持し、それぞれのZ軸微動駆動機構の変位量
を異なるようにすれば、微動ステージ4の上下方向の傾
きΔλの制御も可能である。また、X軸。
Y軸双方の微動駆動機構12.13を協働させることで
、X軸・Y軸平面に微小回転△θを得ることも可能であ
る。ここでは、圧電素子アクチュエータ12,13.1
4により、△X、ΔY微動は±0.02μm、ΔZ微動
は±O,1μm、△θ微動は±0.02μm/20mm
、Δλ傾き(チルト)は±0.1μm / 20 m 
mの各精度を保って位置決めを行う。
このようなステージ3,4の組込みにより、これらのス
テージ同士は互いに独立に移動可能である。具体的には
、粗動ステージ3と微動ステージ4とは、突起3Bと穴
部4Aとの間に空間を確保することで、それぞれがX軸
、Y軸の2方向に移動可能で、また、Z軸方向の移動が
可能である。
微動ステージ4の上面にも、複数の電磁チャック13が
分散して配置される。なお、電磁チャック13は、省略
しても良い、その理由は、微動ステージ4は、サブミク
ロン単位で微小移動するため、このくらいの移動では、
試料保持台5はチャックしなくとも、外部からの大きな
衝撃がない限り固定状態を充分に保ち得るためである。
粗動ステージ3及び微動ステージ4の上方には、試料保
持台5が配置される。試料保持台5は、その上面に試料
16を真空吸着する真空吸着台15と、レーザ測長用ミ
ラー17とを搭載しである。
次に本実施例の動作を説明する。
試料16の位置決めを行う場合には、予め3本の2@微
動靜動機構14により、微動ステージ4を粗動ステージ
3の突起3Bより10μm低い位置まで下げる。この状
態では、粗動ステージ3の突起3Bが試料保持台5を支
持し、電磁チャック11を作動させて試料保持台5を突
起3B上で吸着保持する。この場合、試料保持台5は、
その大きさの関係で、必ずしも全部の突起3B1〜3B
nにより支持されるものではなく、最低3箇所の突起上
の電磁チャックにより吸着保持(チャック)される。
その後、X軸粗動駆動機構6及びY軸粗動註動機構7を
介して試料保持台5をX軸、Y軸方向にステップ送りす
る。
なお、本実施例では、粗動ステージ3が試料保持台5を
ステップ移動15mmさせ、これを1.40m5以内で
可動させるので、試料保持台5には0゜4Gの加速度が
かかる。その加速度に対してずれないだけの電磁チャッ
ク1】−の吸着力は、チャック材質を520Cにし、化
学ニッケルメッキを10〜20μmを施し、コイルに0
.1〜0.2A(従来の大型電磁チャックの場合は、は
7LA)の電流を流すことにより得られる。この電流値
であると、コイルの温度変化は0.5℃以下に抑えるこ
とが可能である。
以上の粗動調整後に、3本のZ軸圧電素子アクチュエー
タ14を伸ばし、微動ステージ4を粗動テーブル3の突
起3B上面よりも10μm高い位置まで上げる。この時
、粗動ステージ3側の電磁チャック11のスイッチを切
り、微動ステージ4側の電磁チャック13のスイッチを
入れる。このようにして、試料保持台5は、微動ステー
ジ4側に持ち替えられ、微動ステージ4によって吸着保
持される。この時、粗動ステージ3は元の基準位置に戻
される。
その後、X軸、Y軸、Z軸周の圧電素子アクチュエータ
12,13.14等を用いて試料保持台5ひいては試料
16の微小な位置決め(ΔX、ΔY、ΔZの各方向の位
置決め、Δθの微小回転。
Δλの傾き調整)がなされる。
以上の粗動位置決め、微動位置決めを繰り返して、単位
ステップあたりの試料16の露光又は電子描画が次々と
実行される。この場合、粗動ステージ3と試料保持台5
の相対位置がステップ送りのたびに変化していくので、
試料保持台5を支持する突起3Bも代わっていく。
しかして、本実施例によれば、次のような効果を奏し得
る。
■まず、粗動ステージ3は微動ステージ4と独立させて
駆動可能なので、粗動ステージ3の駆動力の負担を軽く
する。
■また。試料保持台5と粗動ステージ3との相対位置が
変化した場合でも、試料保持台5を粗動ステージ3の突
起3B1〜3Bnのうち最低3箇所の突起により吸着保
持するので、従来のような片持ちを回避できる。従って
、試料保持台5等のオーバハングによる撓みの発生を防
止する。
また、試料保持台5を粗動ステージ3の突起3B□〜3
Bnのうち最低3箇所の突起により吸着保持するので、
粗動ステージ3をX軸、Y軸に直進させた場合に、粗動
ステージに回動力が働くのをなくすことができる。
さらに、粗動ステージ3側の電磁チャック11を分散さ
せるので、各電磁チャック11を小型とし、電磁チャッ
ク11の発熱量を抑制し、試料保持台5の熱膨張による
変形を防ぎ、かつ発熱にょる空気ゆらぎをなくしてレー
ザ測長の誤差をなくす。従って1以上の各作用により高
精度の位置決めを行い得る。
■粗動ステージ3のX軸、Y軸等の駆動機構6゜7をフ
レーム1より分離して配置するので、粗動ステージ3が
移動中でも、その駆動機構からの振動が試料保持台5に
伝わらないため、粗動後の微動位置決め調整に入る場合
の位置決め整定時間を短縮することができる。具体的に
、本実施例では。
単位ステップあたりの位置決めに要する時間を、ステッ
プ移動15mmの粗動と、その後の微動を含めても、0
.4秒以下にすることができる。
なお、実施例では、突起3B1〜3Bnを嵌装する微動
ステージ4側の貫通空間4Aを穴部4A〜4Anで構成
するが、穴部4Aの一部を切欠き溝に代えてもよく、ま
た、微動ステージ4側に突起3B1〜3Bnをまとめて
収容できる一つの穴部としてもよい。
〔発明の効果〕
以上のように、第1の課題解決手段では、微動ステージ
の内側に粗動ステージを独立させて配置した方式の位置
決め装置であっても、粗動ステージは複数の突起により
試料保持台を保持するので、試料保持台等のオーバハン
グによる撓みをなくシ。
かつ粗動ステージのX軸、Y軸等の安定した移動動作を
保証し、また、電磁チャック機構を使用した場合には、
その発熱量を抑制するので、試料保持台が大型化しても
、極めて高精度の試料の位置決めを行うことができる。
さらに第2の課題解決手段によれば、粗動テーブルのX
軸、Y@1lfl動機構が駆動中でも、その振動が試料
保持台に伝わらないため、その後に行われる微動位置決
めの整定時間が短くなり、位置決め全体の作業ひいては
試料処理時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例たる試料位置決め装置の縦
断面図、第2図は、上記実施例の一部省路上面図である
。 l・・・フレーム、3・・・粗動ステージ、3A・・・
基台、3 B (3]3.〜3I3n) ・突起、 ・・微動ステー ジ、 4 A (4A1〜4 A n )−H通空間(
穴部)、第 図 5・・・試料保持台、 6・・・X軸粗動靜動機構。 7・・・Y 軸粗動翻動機構、 10・・・連結部材、 ・・X細微 動訃動機構、 ・・YM微微動創動機構 14・・ 、4.、□8)延トミ4くニー、・ 1 ・フレーム、3・・粗動ステージ、3A・・・基台
、 3 B (3B+−3BI+)・・突起、4・微動
ステージ、4A(4A+〜4A、、1・貫通空間(穴部
)、5・試料保持台、6 ・X細粗動駆動機構。 7・Y細粗動駆動機構、10−・連結部材、12・・・
X軸微動駆動機構、13・・Y軸微動駆動機構、14 
Z細微動駆動W&慣、16・・・試料。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、少なくともX軸、Y軸の2次元で移動可能な粗動ス
    テージと、3次元で移動可能な微動ステージとを備え、
    該微動ステージの内側に形成した上下方向の貫通空間に
    前記粗動ステージを独立させて配置し、前記粗動ステー
    ジ、微動ステージの高低の位置関係をZ軸駆動機構を介
    して変えて、試料保持台を前記粗動ステージと前記微動
    ステージとで持ち替え可能にしてなる試料位置決め装置
    において、 前記粗動ステージは、粗動駆動機構により支持される基
    台、該基台の上面に分散された状態で複数配設された試
    料台支持用の突起等よりなり、一方、前記微動ステージ
    内側の貫通空間を前記粗動ステージ側の突起の配置に対
    応させ、前記粗動ステージの基台を前記微動ステージの
    下側へ位置させつつ、前記突起を前記微動ステージ内側
    の貫通空間に分散配置することで、これらの複数の突起
    が粗動ステージとして機能する構成としてなることを特
    徴とする試料位置決め装置。 2、第1請求項において、前記微動ステージの内側に形
    成した貫通空間は、該微動ステージに分散して配設した
    複数個の穴又は切欠き状の溝よりなる試料位置決め装置
    。 3、第1請求項又は第2請求項において、前記粗動ステ
    ージの各突起上面及び前記微動ステージの上面には、試
    料台を制御信号により吸着するチャック機構を配設して
    なる試料位置決め装置。 4、第1請求項ないし第3請求項のいずれか1項におい
    て、前記粗動ステージの駆動機構のうちX軸、Y軸粗動
    駆動機構は、前記微動ステージを支持しているフレーム
    より分離して配置され、このX軸、Y軸粗動駆動機構と
    前記粗動ステージとを連結部材を介して連結してなる試
    料位置決め装置。 5、第1請求項ないし第4請求項のいずれか1項におい
    て、前記粗動ステージは、X軸、Y軸、Z軸のそれぞれ
    の粗動駆動機構を介して支持され、このうち、X軸、Y
    軸の粗動駆動機構は、前記微動ステージを支持している
    フレームより分離して配置され、このX軸、Y軸粗動駆
    動機構と前記粗動ステージとが可撓性を有する弾性部材
    を介して連結される試料位置決め装置。 6、第1請求項ないし第5請求項のいずれか1項におい
    て、前記微動ステージはX軸、Y軸、Z軸の微動駆動機
    構を備え、且つ前記X軸、Y軸の協働作用によりX軸・
    Y軸平面を微動回転し、また、前記Z軸微動駆動機構は
    、3個用いて前記微動ステージを3点支持し、各Z軸微
    動駆動機構の微動量を異ならせて前記微動ステージの傾
    き制御を可能にしてなる試料位置決め装置。
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