CN101726795A - 光波导装置制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种在基板的表面形成光波导时能够抑制该光波导的芯部侧面的粗糙化的光波导装置制造方法。在表面的算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内的平滑状的基板(A)的表面,在经过下包层(2)的形成、形成芯部3形成用感光性树脂层(3A)之后,对该感光性树脂层(3A)垂直地照射照射线(L)来将感光性树脂层曝光为规定图案,将该曝光部分形成为芯部(3)。在该芯部(3)形成工序中,由于基板(A)的平滑状表面,透过了芯部(3)形成用感光性树脂层(3A)和下包层(2)的照射线(L)相对于该基板(A)大致成直角地反射。由此,大幅减少在基板(A)表面的漫反射,从而有效抑制芯部(3)侧面的粗糙化。
Description
技术领域
本发明涉及一种广泛使用于光通信、光信息处理、其它一般光学中的光波导装置制造方法。
背景技术
通常,光波导装置的光波导构成为:在下包层的表面将作为光的通路的芯部形成为规定图案,以覆盖该芯部的状态形成上包层。通常,这种光波导形成于金属制基板等基板的表面,与该基板一起被制造成光波导装置。
这种光波导装置的以往的制造方法为如下。首先,如图4的(a)所示,在基板10的表面形成下包层2。接着,如图4的(b)所示,对该下包层2的表面涂布芯部形成用感光性树脂,形成感光性树脂层3A。接着,隔着形成有与芯部的图案对应的开口图案的光掩模M对上述感光性树脂层3A照射照射线L,使该照射线L通过上述开口图案的开口到达上述感光性树脂层3A,对该感光性树脂层3A的一部分进行曝光。对上述感光性树脂层3A垂直地照射上述照射线L,在由于该照射而曝光的部分光反应加速,从而固化。并且,如图4的(c)所示,通过使用显影液进行显影来溶解并去除未曝光部分,残留的曝光部分成为规定图案的芯部3。通常,该芯部3的截面形状形成为四角形。之后,如图4的(d)所示,覆盖该芯部3地在上述下包层2的表面形成上包层4。这样,在上述基板10的表面形成光波导W(例如,参照专利文献1)。
专利文献1:日本特开2004-341454号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而,在这种以往的方法中,如图5的(a)、(b)所示,根据情况不同,有时芯部30的侧面31形成为粗糙面。并且,在具有这种芯部30的光波导中产生在芯部30内传播的光的传播损失较大这种问题。此外,图5的(b)是根据立体的照片来描绘的图,该照片是用电子显微镜将图5的(a)的由圆圈部E圈出的芯部30放大到700倍的照片。这样,通过用电子显微镜放大到700倍,能够确认芯部30的侧面31形成为粗糙面。
因此,本发明者们为了弄清楚芯部30的侧面31形成为粗糙面的原因,反复进行了研究。在其过程中,查明了在使用由SUS箔等金属箔等构成的金属制基板11作为上述基板10[参照图4的(a)~(d)]的情况下,如图5的(a)所示那样产生上述芯部30的侧面31的粗糙化。并且,进一步反复进行研究的结果,查明了由上述金属箔等构成的金属制基板11如图5的(a)所示那样表面的算术平均粗糙度(Ra)在95nm以上的粗糙面。因此,如图6所示,在上述芯部形成工序中,使用于曝光的照射线L透过芯部形成用感光性树脂层3A和下包层2之后,在上述金属制基板11的粗糙状的表面由于其粗糙面而漫反射。并且,该漫反射的照射线L从下方向斜上方向透过上述下包层2,在芯部形成用感光性树脂层3A的芯部形成区域S内从斜下方对芯部30的图案形成的边界面(成为侧面31的面)进行曝光。来自斜下方的该曝光是基于上述漫反射的曝光,是不均匀的。因此,查明了由于来自斜下方的该曝光而在芯部30的成为侧面31的面上不需要的光反应不均匀地加速,从而芯部30的宽度变宽并且芯部30的侧面31形成为粗糙面。即,在芯部30的成为侧面31的面上,由于上述照射线L的漫反射而产生曝光度的大小或者未曝光部分与曝光部分的混合存在。并且,在后面的显影工序中,溶解去除上述芯部30的成为侧面31的面的曝光度较小的部分、未曝光部分,残留曝光度较大的部分、曝光部分。因此,芯部30的侧面31形成为粗糙面。
本发明是鉴于这种情况而完成的,其目的在于提供一种在基板的表面形成光波导时能够抑制该光波导的芯部侧面的粗糙化的光波导装置制造方法。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的,本发明的光波导装置制造方法具备以下工序:在基板的表面形成下包层的工序;在该下包层的表面形成芯部形成用感光性树脂层的工序;以及对该感光性树脂层照射照射线来将感光性树脂层曝光为规定图案,并将曝光部分形成为芯部的工序,其中,在形成上述芯部的工序中,对上述感光性树脂层进行照射的照射线以及上述基板构成为以下A和B中的任一个。
A:上述照射线是透过上述感光性树脂层到达上述基板的表面并在上述基板的表面反射的照射线,上述基板是表面的算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内的基板。
B:上述照射线是透过上述感光性树脂层经过上述基板的表面到达底面并在上述底面反射的照射线,上述基板是表面和背面的算术平均粗糙度(Ra)都在1~2nm的范围内的基板。
此外,本发明中的算术平均粗糙度(Ra)是JIS B 0601(1994年)中规定的表面粗糙度。
发明的效果
在本发明的光波导装置制造方法中,使用算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内的基板作为基板,在其表面经过下包层的形成、形成芯部形成用感光性树脂层之后,对该感光性树脂层照射照射线来将感光性树脂层曝光为规定图案,将该曝光部分形成为芯部。在该芯部形成工序中,对上述芯部形成用感光性树脂层大致垂直地照射并透过该感光性树脂层以及下包层的照射线到达上述基板的表面。在此,在上述照射线以及上述基板为上述(A)的情况下,即在上述基板是由不透过照射线的材料构成的基板等、上述照射线在该基板的表面反射的情况下,由于上述基板的表面的算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内的平滑状,因此到达上述基板的表面的照射线相对于该基板的表面大致成直角地反射,透过下包层、感光性树脂层到达外部。因此,能够大幅减少在基板的表面漫反射而从下方向斜上方向透过下包层到达芯部形成用感光性树脂层的照射线。其结果,在芯部形成用感光性树脂层内,从斜下方对芯部的成为侧面的面进行曝光而使该面成为粗糙面的照射线几乎不存在,从而能够有效抑制芯部侧面的粗糙化。另外,此时,利用在上述基板的表面大致成直角地反射的照射线来再次对上述感光性树脂层进行曝光,因此曝光效率提高。此外,作为上述漫反射的缺陷去除对策,可以考虑在基板表面设置照射线的吸收层,但是,在本发明中,通过将基板自身的表面形成为平滑状来抑制照射线的漫反射,因此不需要设置照射线吸收用的新的层,存在整体的厚度不会变厚这种优点。
另外,在上述芯部形成工序中,在上述照射线以及上述基板为上述(B)的情况下,即在上述基板是由透过照射线的材料构成的基板等、上述照射线射入到该基板内并到达基板的底面(与背面对应的面)的情况下,由于该基板的表面的算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内的平滑状,因此到达上述基板的表面的照射线在该表面几乎不折射而相对于基板的表面大致成直角地射入到基板内,并保持原样到达基板的底面。通常,该基板的背面与载置基板的载置台等不透过照射线的载置面接触,因此到达上述基板的底面的照射线不会从上述基板的背面射出而在基板的底面反射。由于上述基板的背面的算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内的平滑状,因此所反射的该照射线相对于该基板的底面大致成直角。之后,由于上述基板的表面为平滑状,因此所反射的该照射线在其表面几乎不折射而相对于上述基板的表面大致成直角地从该表面射出。因此,能够大幅减少在基板的表面漫折射并在基板的底面漫反射而从下方向斜上方向透过下包层而到达芯部形成用感光性树脂层的照射线。其结果,在芯部形成用感光性树脂层内,从斜下方对芯部的成为侧面的面进行曝光而使该面成为粗糙面的照射线几乎不存在,从而能够有效抑制芯部侧面的粗糙化。另外,在这种情况下也是通过基板的平滑状表面和背面来抑制照射线的漫折射以及漫反射,因此不需要设置照射线吸收用的新的层,存在整体的厚度不会变厚这种优点。
附图说明
图1的(a)是示意性地表示通过本发明的光波导装置制造方法的第一实施方式得到的光波导装置的截面图,(b)是(a)的由圆圈部E圈出的芯部的电子显微镜照片图。
图2的(a)~(d)是示意性地表示本发明的光波导装置制造方法的第一实施方式的说明图。
图3是示意性地表示本发明的光波导装置制造方法的第二实施方式中的对芯部形成用感光性树脂层照射照射线的照射工序的说明图。
图4的(a)~(d)是示意性地表示以往的光波导装置制造方法的说明图。
图5的(a)是示意性地表示上述以往的光波导装置制造方法中的芯部形成的截面图,(b)是(a)的由圆圈部E圈出的芯部的根据电子显微镜照片而描绘出的立体的图。
图6是示意性地表示上述以往的芯部形成工序的状况的说明图。
附图标记说明
1A:基板;2:下包层;3:芯部;3A:感光性树脂层;L:照射线。
具体实施方式
接着,根据附图详细说明本发明的实施方式。
图1的(a)示出通过本发明的光波导装置制造方法的第一实施方式得到的光波导装置。该光波导装置具备:基板1A,其由不透过照射线的材料构成并且表面的算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内;以及光波导W,其形成在该基板1A的表面。该光波导W具有形成在上述基板1A的表面的下包层2,如下那样制造光波导W。即,在上述下包层2的表面形成感光性树脂层3A[参照图2的(b)]之后,对该感光性树脂层3A照射照射线L来将感光性树脂层曝光为规定图案并形成芯部3,并且,在其上面层叠形成上包层4来制造光波导W。在此,形成上述基板1A的不透过照射线的材料起到使对上述感光性树脂层3A照射的照射线L不透过的作用。此外,图1的(b)是用电子显微镜将图1的(a)的由圆圈部E圈出的芯部3放大到700倍的立体的图。
详细说明本实施方式的光波导装置制造方法。
首先,准备上述基板1A[参照图2的(a)]。如上所述,该基板1A由不透过紫外线等照射线L的材料构成,表面的算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内的平滑状,其中,上述照射线L在之后的芯部3形成工序[参照图2的(b)~(c)]中对芯部3形成用感光性树脂层3A进行曝光时使用。作为这种基板1A例如举出硅晶圆(硅制基板)等。通常,上述基板1A使用市场上销售的产品。例如,通常,上述硅晶圆使用于半导体设备的制造,因此为了构建没有缺陷的层叠布线以及提高成品率而将表面形成为平滑状。上述硅晶圆以外的基板在其制造过程中也必然为平滑状。另外,由不透过上述照射线L的材料构成,即使是市场上销售时表面的粗糙面的基板例如不锈钢制基板、铝制基板、铜制基板等金属制基板,是通过研磨将其表面表面加工成上述算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内的平滑状的基板,则也能够作为上述基板1A来使用。此外,作为上述基板1A,例如使用厚度在20μm~1mm的范围内的基板。
接着,如图2的(a)所示,对上述基板1A的表面的规定区域涂布在溶剂中溶解了下包层2形成用感光性树脂的清漆,形成其涂布层2a。作为上述感光性树脂举出感光性环氧树脂等。上述清漆的涂布例如通过旋转涂布法、浸渍法、浇铸法、注射法、喷射法(ink jet)等来进行。并且,根据需要,通过对上述涂布层2a进行50~120℃×10~30分钟的加热处理来使其干燥。由此,形成下包层2形成用感光性树脂层2A。
接着,利用照射线对该感光性树脂层2A进行曝光。作为上述曝光用的照射线例如使用可见光、紫外线、红外线、X线、α线、β线、γ线等。优选使用紫外线(波长250~400nm)。这是因为当使用紫外线时,照射较大的能量,能够得到较大的固化速度,而且,照射装置也小型并且便宜,从而能够实现生产成本的降低。作为紫外线的光源,例如举出低压水银灯、高压水银灯、超高压水银灯等,通常,紫外线的照射量为10~10000mJ/cm2,优选为50~3000mJ/cm2。
在上述曝光之后,为了完成光反应而进行加热处理。在80~250℃下、优选在100~200℃下,在10秒钟~2小时、优选在5分钟~1小时的范围内进行该加热处理。由此,如图2的(a)所示,将上述感光性树脂层2A形成为下包层2。通常,将下包层2的厚度设定在1~50μm的范围内,优选设定在5~30μm的范围内。
接着,如图2的(b)所示,在上述下包层2的表面形成芯部3[参照图2的(c)]形成用感光性树脂层3A。与在图2的(a)中说明的下包层2形成用感光性树脂层2A的形成方法同样地形成该感光性树脂层3A。此外,该芯部3的形成材料使用折射率大于上述下包层2以及后述的上包层4[参照图2的(d)]的形成材料的材料。例如,通过调整上述下包层2、芯部3、上包层4的各形成材料的种类的选择、组合比率能够调整该折射率。
之后,在上述芯部3形成用感光性树脂层3A之上配置形成有与芯部3对应的开口图案的光掩模M,隔着该光掩模M,利用照射线L对上述感光性树脂层3A的与上述开口图案对应的部分进行曝光。与如上所述的下包层2形成工序同样地进行该曝光。在上述曝光中,上述照射线L对上述感光性树脂层3A垂直地照射,在其照射的曝光部分使光反应加速而固化。该照射线L透过上述感光性树脂层3A以及上述下包层2而到达上述基板1A的表面。在此,上述基板1A由不透过照射线L的材料构成,并且其表面的算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内的平滑状,因此到达上述基板1A的表面的照射线L相对于基板1A的表面大致成直角地反射。由此,在基板1A的表面漫反射而从下方向斜上方向透过下包层2的照射线L大幅减少。其结果,在芯部3形成用感光性树脂层3A内,通过漫反射而对芯部3的成为侧面的面进行曝光的照射线L几乎不存在,从而能够抑制芯部3的侧面的粗糙化。另外,利用反射的照射线L再次对上述感光性树脂层3A进行曝光,因此曝光效率提高。
在上述曝光后,与如上所述的下包层2形成工序同样地进行加热处理。接着,使用显影液来进行显影,由此如图2的(c)所示那样溶解并去除上述感光性树脂层3A中的未曝光部分,将残留在下包层2之上的感光性树脂层3A形成为芯部3的图案。上述显影例如使用浸渍法、喷涂法、搅拌法等。另外,作为显影液例如使用有机类溶剂、含有碱类水溶液的有机类溶剂等。根据感光性树脂组合物的组成来适当地选择这种显影液以及显影条件。
在上述显影后,通过加热处理来去除残留在形成为芯部3的图案的感光性树脂层3A的表面等的显影液。通常,在80~120℃×10~30分钟的范围内进行该加热处理。由此,将形成为上述芯部3的图案的感光性树脂层3A形成为芯部3。如上所述,该芯部3的侧面的粗糙化被抑制。另外,通常,将上述芯部3的厚度设定在5~150μm的范围内,优选设定在5~100μm的范围内。另外,通常,将芯部3的宽度设定在5~150μm的范围内,优选设定在5~100μm的范围内。
接着,如图2的(d)所示,在上述下包层2的表面覆盖芯部3地形成上包层4形成用感光性树脂层4A。与在图2的(a)中说明的下包层2形成用感光性树脂层2A的形成方法同样地进行该感光性树脂层4A的形成。之后,也与下包层2的形成工序同样地进行曝光、加热处理等,将上述感光性树脂层4A形成为上包层4。通常,将上包层4的厚度(从芯部3的表面起的厚度)设定在5~100μm的范围内,优选设定在10~80μm的范围内。
这样,得到在基板1A的表面形成有由上述下包层2、芯部3以及上包层4构成的光波导W的光波导装置。在该光波导装置的光波导W中,芯部3的侧面的粗糙化被抑制,因此光的传播损失较小,能够进行良好的光传播。
图3示出本发明的光波导装置制造方法的第二实施方式中的对芯部3形成用感光性树脂层3A照射照射线L的照射工序。在本实施方式中,作为基板1B而使用如下的基板:由透过照射线L的材料构成,表面和背面的算术平均粗糙度(Ra)都在1~2nm的范围内的平滑状。作为这种基板1B例如举出玻璃制基板等。通常,上述基板1B也使用市场上销售的产品,在其制造过程中也必然为平滑状。另外,由透过上述照射线L的材料构成,即使是市场上销售时表面和背面都为粗糙面的基板,是通过研磨将其表面和背面表面加工成上述算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内的平滑状的基板,则也能够作为上述基板1B来使用。除此以外的部分与上述第一实施方式相同,对相同的部分附加相同附图标记。
在本实施方式中,由于上述基板1B的表面的算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内的平滑状,因此对上述感光性树脂层3A垂直地照射并透过上述感光性树脂层3A以及上述下包层2而到达上述基板1B的表面的照射线L在基板1B的表面几乎不会折射而相对于该基板1B的表面大致成直角地射入到基板1B内,并保持原样到达基板1B的底面(与背面对应的面)。并且,上述基板1B的背面的算术平均粗糙度(Ra)也在1~2nm的范围内的平滑状,因此到达上述基板1B的底面的照射线相对于该基板1B的底面大致成直角地反射。之后,由于上述基板1B的表面为平滑状,因此反射的该照射线在该表面几乎不会折射而相对于上述基板1B的表面大致成直角地从该表面射出。由此,在基板1B的表面漫折射并在基板1B的底面漫反射而从下方向斜上方向透过下包层2的照射线L大幅减少。其结果,与上述第一实施方式同样地,在芯部3形成用感光性树脂层3A内,通过漫反射而对芯部3的成为侧面的面进行曝光的照射线L几乎不存在,从而能够抑制芯部3的侧面的粗糙化。另外,与上述第一实施方式同样地,利用反射的照射线L再次对上述感光性树脂层3A进行曝光,因此曝光效率提高。
此外,在上述各实施方式中,在基板1A、1B的背面(与形成有上述光波导W的面相反侧的面)什么都没有形成,但是上述基板1A、1B也可以是在背面隔着绝缘层形成有电路的基板,并且也可以是对该电路形成安装用焊盘并在该安装用焊盘安装了发光元件、受光元件等光学元件的基板。
另外,在上述各实施方式中形成了上包层4,但是根据情况也可以不形成该上包层4。
接着,与比较例一起说明实施例。但是,本发明并不限于实施例。
[实施例1]
[基板]
准备是硅晶圆的基板[シリコンテクノロジ一社制,厚度为525μm,算术平均粗糙度(Ra)为1nm]。此外,上述算术平均粗糙度(Ra)的测量使用彩色3D激光显微镜(キ一エンス社制,VK-9700),将测量范围设为200μm×200μm(以下的实施例2以及比较例也相同)。
[下包层以及上包层的形成材料]
通过对35重量份的以下通式(1)示出的9,9-二[(4-羟乙氧基)苯基]芴缩水甘油醚(成分A)、40重量份的脂环式环氧树脂3’,4’-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷甲酸酯(ダイセル化学工業社制,セロキサイド2021P)(成分B)、25重量份的(3’,4’-环氧环己烷)甲基-3’,4’-环氧环己基甲酸酯(ダイセル化学工業社制,セロキサイド2081)(成分C)、2重量份的4,4’-双[二(β-羟基乙氧基)苯基亚磺酰基]苯基硫-双-六氟锑酸盐的50%碳酸丙烯酯溶液(成分D)进行混合,由此制备出下包层和上包层的形成材料。
[化1]
(在式中,R1~R6全部是氢原子,n=1)
[芯部的形成材料]
将70重量份的上述成分A、30重量份的1,3,3-三{4-[2-(3-氧杂环丁基)]丁氧苯基}丁烷和1重量份的上述成分D溶解到乳酸乙酯中,由此制备出芯部的形成材料。
[光波导装置的制造]
使用旋转涂布机将上述下包层的形成材料涂布到上述基板的表面来形成膜厚20μm的涂布层。之后,从超高压水银灯对该涂布层的整个面照射紫外线,进行累计光量1000mJ/cm2(i线基准)的曝光。接着,在120℃的加热板上放置10分钟使反应结束。这样,形成下包层。
接着,使用旋转涂布机将上述芯部的形成材料涂布到上述下包层的表面之后,在70℃的加热板上放置5分钟,由此使溶剂挥发而形成芯部形成用感光性树脂层。接着,隔着形成有规定的开口图案(开口宽度50μm,相邻开口与开口之间的间隙200μm)的玻璃掩模,从超高压水银灯照射紫外线,进行累计光量2000mJ/cm2(i线基准)的曝光。之后,在120℃的加热板上放置10分钟使反应结束。接着,使用γ-丁内酯90重量%的显影液,通过喷涂显影机进行显影来形成芯部(高度50μm)。
然后,使用旋转涂布机将上述上包层的形成材料覆盖上述芯部地涂布到上述下包层的表面。之后,与上述下包层的形成方法同样地形成上包层。这样,制造了光波导装置(总厚度100μm)。
[实施例2]
在玻璃制基板[セントラル硝子社制,厚度为1100μm,算术平均粗糙度(Ra)为2nm]的表面上与上述实施例1同样地直接形成下包层、芯部以及上包层,由此制造了光波导装置。
[比较例]
在SUS304箔[东洋制箔社制,厚度为20μm,算术平均粗糙度(Ra)为95nm]的表面上与上述实施例1同样地直接形成下包层、芯部以及上包层,由此制造了光波导装置。
[芯部侧面的评价]
使用扫描型电子显微镜来确认了上述实施例1、2以及比较例的光波导装置的芯部的侧面。其结果,比较例的芯部的侧面形成为粗糙面,实施例1、2的芯部的侧面与比较例相比大幅度地平坦化。
[芯部宽度的测量]
使用扫描型电子显微镜来测量了上述实施例1、2以及比较例的光波导装置的芯部的宽度。其结果,实施例1的芯部的宽度为54μm,实施例2的芯部的宽度为53μm,比较例的芯部的宽度为57.7μm。此外,上述芯部的宽度的值为测量任意的十个位置而得到的值的平均值。
[光传播损失的测量]
使用切割机(デイスコ社制,DAD522)来切割上述实施例1、2以及比较例的光波导装置,使芯部的端面露出。另外,以10cm的长度切断上述光波导装置并测量了光传播损失。其结果,实施例1的光波导装置的光传播损失为1.73dB/10cm,实施例2的光波导装置的光传播损失为1.66dB/10cm,比较例的光波导装置的光传播损失为5.22dB/10cm。
根据上述结果,在实施例1、2中,与比较例相比芯部侧面的粗糙化被抑制,因此可知在实施例1、2中在基板的表面等上几乎没有漫反射。这是由于实施例1、2中的基板的表面等形成为算术平均粗糙度(Ra)较小的平滑状。
Claims (3)
1.一种光波导装置制造方法,其具备以下工序:在基板的表面形成下包层的工序;在该下包层的表面形成芯部形成用感光性树脂层的工序;以及对该感光性树脂层照射照射线来将该感光性树脂层曝光为规定图案,并将曝光部分形成为芯部的工序,该光波导装置制造方法的特征在于,
在形成上述芯部的工序中,对上述感光性树脂层进行照射的照射线以及上述基板为以下A和B中的任一个,
A:上述照射线是透过上述感光性树脂层到达上述基板的表面并在上述基板的表面反射的照射线,上述基板是表面的算术平均粗糙度(Ra)在1~2nm的范围内的基板;
B:上述照射线是透过上述感光性树脂层经过上述基板的表面到达底面并在上述底面反射的照射线,上述基板是表面和背面的算术平均粗糙度(Ra)都在1~2nm的范围内的基板。
2.根据权利要求1所述的光波导装置制造方法,其特征在于,
上述A中的基板为硅晶圆。
3.根据权利要求1所述的光波导装置制造方法,其特征在于,
上述B中的基板为玻璃制基板。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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