JP2014022395A - Transparent substrate for semiconductor package and method for manufacturing semiconductor package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯電話等に搭載される小型のカメラモジュールに使用するCMOSやCCD方式のイメージセンサのチップサイズパッケージの製造に使用する透明基板およびこれを使った製造方法に関する。 The present invention relates to a transparent substrate used for manufacturing a chip size package of a CMOS or CCD image sensor used in a small camera module mounted on a mobile phone or the like, and a manufacturing method using the same.
近年、カメラモジュールの需要が増えるにつれ、カメラモジュールの生産性向上の要求が高まっている。カメラモジュールは、イメージセンサモジュールとレンズモジュールで構成され、イメージセンサはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やCCD(Charge Coupled Device)方式の光センサを複数、シリコンウエハ上に整列配置して作られている。 In recent years, as the demand for camera modules increases, the demand for improving the productivity of camera modules has increased. The camera module is composed of an image sensor module and a lens module. The image sensor is formed by arranging a plurality of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) or CCD (Charge Coupled Device) type optical sensors on a silicon wafer. .
シリコンウエハ上に作られたイメージセンサは、ウエハから切り出しただけではカメラモジュールに搭載できないので、パッケージ(イメージセンサモジュール)に加工される。従来のパッケージ製造手順は、イメージセンサを形成したシリコンウエハ(デバイスウエハ)から半導体チップ(以下、個片と呼ぶ)を切り出し、その個片を中継基板に貼り付け、中継基板に設けた電極と個片の接続用電極との間をワイヤーボンディングで配線形成した後、イメージセンサ面にカバーガラスを取り付けるというものであった。 Since an image sensor made on a silicon wafer cannot be mounted on a camera module just by cutting it out from the wafer, it is processed into a package (image sensor module). In the conventional package manufacturing procedure, a semiconductor chip (hereinafter referred to as an individual piece) is cut out from a silicon wafer (device wafer) on which an image sensor is formed, the individual piece is attached to a relay board, and electrodes and pieces provided on the relay board are provided. After wiring was formed between the pieces of connection electrodes by wire bonding, a cover glass was attached to the image sensor surface.
この製造手順では生産スピードが上がらず、増えるカメラの需要に追いつかなくなっていた。このため、ウエハ状態のまま一括加工する「ウエハレベルプロセス」が開発された。 This manufacturing procedure did not increase production speed and could not keep up with the increasing demand for cameras. For this reason, a “wafer level process” has been developed that performs batch processing in the wafer state.
ウエハレベルプロセスではシリコンウエハからチップを切り離すことなくパッケージ製造を進め、最終段階で個片とすることを特徴としている。こうして得られたパッケージは、シリコンウエハ上に作成した半導体チップとほぼ同じ外形サイズであるため、「チップサイズパッケージ(Chip Size Package、略称 CSP)」と呼ばれる。以下、ウエハレベルで作成したイメージセンサモジュールはイメージセンサCSPと呼ぶ。 The wafer level process is characterized by proceeding with package manufacturing without separating the chip from the silicon wafer, and dividing it into individual pieces at the final stage. Since the package thus obtained has almost the same outer size as a semiconductor chip formed on a silicon wafer, it is called a “chip size package (abbreviated as CSP)”. Hereinafter, the image sensor module created at the wafer level is referred to as an image sensor CSP.
このイメージセンサCSPはイメージセンサ面にある接続用電極から、その裏面に設ける「はんだボール」までを結ぶ導通構造が必要である。これには以下のような方法がある。
・ 側面配線を使った方法(特許文献1)
・ シリコン貫通電極(TSV)を使った方法(特許文献2)
This image sensor CSP needs a conduction structure that connects the connection electrode on the image sensor surface to the “solder ball” provided on the back surface thereof. There are the following methods for this.
・ Method using side wiring (Patent Document 1)
・ Method using silicon through electrode (TSV) (Patent Document 2)
いずれの方法においても、薬液を使うことや高温環境におかれることや表裏反転して加工するため、イメージセンサ面(半導体形成面)を保護するサポート基板が求められる。また、このサポート基板は、加工終了後もそのまま製品として残したいとの要求から、ガラスの透明基板が使われることが多い。この透明基板はデバイスウエハと同形のガラスが使われることが多い。(特許文献2 図2および図4)さらに、最近ではウエハレベルプロセス用ガラスも開発されている。(特許文献3)
In any of the methods, a support substrate that protects the image sensor surface (semiconductor forming surface) is required in order to use a chemical solution, to be placed in a high temperature environment, or to reverse and process the surface. Further, a glass transparent substrate is often used as the support substrate because it is desired to leave it as a product even after the processing is completed. This transparent substrate is often made of the same glass as the device wafer. (
このガラスとデバイスウエハとの貼合せは接着剤を使うことが多く、光学特性的にイメージセンサの部分には接着剤が付かない様、接着剤を格子状に塗布・形成している。 In many cases, an adhesive is used for bonding the glass and the device wafer, and the adhesive is applied and formed in a lattice shape so that the optical sensor does not attach the adhesive to the image sensor portion.
接着剤を格子状に塗布・形成する方法として感光性の接着剤をドライフィルム化して、ガラスまたはデバイスウエハのいずれかに貼り付けた後、フォトリソグラフィ(パターン露光、現像)にて格子状に加工してから貼合せる方法がある。また、格子のパターンに接着剤のみで形成した板状のスペーサを作っておき、位置あわせして圧着する方式がある。これらは、格子状にフォトリソで作るための感光性を持たせつつ接着性を考慮するため複雑な材料設計が必要であることや、材料をドライフィルム化する事前加工が必要で費用のかかる方法であった。 As a method of applying and forming the adhesive in a grid pattern, the photosensitive adhesive is made into a dry film, attached to either glass or a device wafer, and then processed into a grid pattern by photolithography (pattern exposure, development). Then there is a method of pasting. In addition, there is a method in which plate-like spacers formed only with an adhesive are made on the lattice pattern, and are aligned and pressure-bonded. These are expensive methods that require complex material design to take into account adhesion while having photosensitivity for making photolithography in a lattice shape, and that pre-processing to make the material into a dry film is necessary. there were.
これに対して、液状接着剤をスクリーン印刷方式でガラスまたはデバイスウエハに直接塗布する方法は、他の分野でも使われている技術が適用できる可能性があるため、コスト面で優位性のある方法である。 On the other hand, the method of directly applying the liquid adhesive to the glass or device wafer by the screen printing method may be applicable to the technology used in other fields. It is.
次にガラスにスクリーン印刷方式で接着剤を塗布して貼合せる方法について説明する。 Next, a method for applying and bonding an adhesive to glass by a screen printing method will be described.
図1はデバイスウエハ200と同じ形状のガラスウエハ100に対して、接着剤10をスクリーン印刷法で塗布し、デバイスウエハ200に貼合せる手順の一例を示したものである。スクリーン印刷版はデバイスウエハ200の個片の境界線上に接着剤を塗布できる様に設計されたもので、スクリーン印刷ではガラスウエハ100の決められた位置に印刷する位置決め用のパターンも入れてある。(図示せず)
FIG. 1 shows an example of a procedure in which the
図2は、デバイスウエハ200のイメージセンサ201を形成した面を一部拡大して表示したものである。図の左側は、格子状パターンに接着剤10を塗布した透明基板100を貼り合せる前の状態を示し、図の右側は位置あわせ後、貼合せた状態を示す。
FIG. 2 is a partially enlarged view of the surface of the device wafer 200 on which the
図1と図2は透明基板100に接着剤10をパターン状に形成した例を示したものであるが、デバイスウエハ200側に接着剤10をパターン状に形成することも可能である。
1 and 2 show an example in which the
こうして得られたガラス・シリコン貼合せ品の外周部に、デバイスウエハとガラスの間に外部に開放した隙間があると研削・研磨工程で「欠け」が起こりやすく、この欠けがきっかけとなり、デバイスウエハの内側まで割れが進むことがある。割れた部分の半導体チップが不良品となることは当然として、程度によってはウエハ全体が以降の工程に投入できなくなるという問題があった。 If there is an open gap between the device wafer and the glass on the outer periphery of the glass / silicon bonded product obtained in this way, chipping is likely to occur during the grinding / polishing process. Cracks may advance to the inside. As a matter of course, the cracked portion of the semiconductor chip becomes a defective product, and depending on the degree, there is a problem that the entire wafer cannot be put into subsequent processes.
図3は、ガラス・デバイスウエハ貼合せ品300の端面からはみ出した接着剤10aの状態を模式的に示したものである。デバイスウエハ200の外周部に確実に接着剤10を形成しようとすると、ガラス・デバイスウエハ貼合せ品300からはみ出す接着剤10aが問題となっていた。
FIG. 3 schematically shows the state of the
はみ出した接着剤10aは、加工した装置の内部や貼合せ品300のデバイスウエハ200やガラス100に付着することがあった。
The protruding adhesive 10a may adhere to the inside of the machined apparatus or the device wafer 200 or the
また、接着剤10が硬化する前の状態では、貼りあわせた位置や厚みが変わってしまうため掴むことができず、特にガラスやデバイスウエハに付着した接着剤10aのふき取りは困難な作業であった。 In addition, in the state before the adhesive 10 is cured, the bonded position and thickness change, so that it cannot be gripped, and it is particularly difficult to wipe off the adhesive 10a attached to glass or a device wafer. .
このほかに、デバイスウエハは、半導体チップが最大限取れるように面付けされているため、貼合せ品を識別するための文字や記号などのパターン、ウエハレベルプロセスで使用する位置あわせ用パターンや工程モニタ用のチップといったものを配置するスペースがほとんど無いというのも問題になっていた。 In addition to this, device wafers are impositioned so that semiconductor chips can be taken to the maximum extent, so patterns such as characters and symbols for identifying bonded products, alignment patterns and processes used in wafer level processes There was also a problem that there was almost no space for placing a monitor chip or the like.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、貼合せ時に接着剤がはみ出しても、ガラス上に留まり、周辺の装置を汚染することがなく、貼合せ品を搬送する際にデバイスウエハを触らずに行えることや、位置あわせ用マークや識別用のパターン、工程モニタ用チップの配置の自由度が高い透明基板および半導体パッケージの製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above problems, and even when the adhesive protrudes during bonding, it stays on the glass and does not contaminate the surrounding devices, and when the bonded product is conveyed. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a transparent substrate and a semiconductor package that can be performed without touching the device wafer, and have a high degree of freedom in arrangement of alignment marks, identification patterns, and process monitoring chips.
上記目的を達成するため、本発明は透明基板を半導体デバイスウエハに樹脂層を介して貼り合せ、その後、個片に断裁する半導体パッケージの製造方法であって、その透明基板は、その外周部が半導体デバイスウエハの外周よりも5mmから25mm大きく、かつ、その外形が六角形、八角形、十二角形、またはノッチもしくは少なくとも1つ以上の直線部を有する円形または楕円形であることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention is a method for manufacturing a semiconductor package in which a transparent substrate is bonded to a semiconductor device wafer via a resin layer, and then cut into individual pieces. 5 mm to 25 mm larger than the outer periphery of the semiconductor device wafer, and its outer shape is hexagonal, octagonal, dodecagonal, or circular or elliptical having at least one or more straight portions. .
また、透明基板の外周部は、半導体デバイスウエハの外周よりも5mmから25mm大きく、かつ、厚みが0.1から1.0mm、かつ、前記透明基板の外形は六角形、八角形、十二角形、またはノッチもしくは少なくとも1つ以上の直線部を有する円形または楕円形であることを特徴としている。 The outer peripheral portion of the transparent substrate is 5 to 25 mm larger than the outer periphery of the semiconductor device wafer, the thickness is 0.1 to 1.0 mm, and the outer shape of the transparent substrate is hexagonal, octagonal, dodecagonal. Or a circular or elliptical shape having a notch or at least one straight portion.
また、半導体パッケージの製造方法において、透明基板の表面であって、貼り合せる半導体デバイスウエハより外側に位置する部分に、位置あわせ用の図形、バーコードや文字列などからなるウエハ識別用の図形、温度モニタリングや成膜時の膜厚モニタに使用する小片を適宜取り付けることができることを特徴としている。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor package, on the surface of the transparent substrate and located outside the semiconductor device wafer to be bonded, a figure for alignment, a figure for wafer identification consisting of a bar code or a character string, It is characterized in that small pieces used for temperature monitoring and film thickness monitoring during film formation can be appropriately attached.
本発明の透明基板を使うことにより、デバイスウエハと貼合せた際に接着剤がはみ出したとしても、透明基板上に留まり、周囲に付着することがなくなる効果がある。 By using the transparent substrate of the present invention, even if the adhesive protrudes when bonded to the device wafer, there is an effect that it stays on the transparent substrate and does not adhere to the surroundings.
さらにデバイスウエハとは重ならない別の場所に識別用、位置あわせ用のパターン、プロセスモニタ用のチップが配置できるため、従来これらを配置したことで製品にならなかった部分が、製品となり収率が向上するという利点がある。 In addition, identification and alignment patterns and process monitor chips can be placed in different locations that do not overlap with device wafers, so the parts that did not become products as a result of these placements become products and yields are reduced. There is an advantage of improvement.
また、多角形形状のガラスは、ガラスの切り出しが直線加工で済み、さらに位置あわせに安価な機構が使えるという利点がある。 Polygonal glass is advantageous in that the glass can be cut out in a straight line and an inexpensive mechanism can be used for alignment.
以下、本願発明のイメージセンサCSP用の透明基板について上記のように限定した理由を説明する。 Hereinafter, the reason why the transparent substrate for the image sensor CSP of the present invention is limited as described above will be described.
透明基板は貼合せ後、プロセス中の薬品や熱、搬送に耐えられる強度が求められることから、材質はガラスが適している。 Since the transparent substrate is required to have strength to withstand chemicals, heat, and conveyance during the process after bonding, glass is suitable for the material.
ガラスの形状は少なくとも1つのXY軸と平行な直線部を持つ多角形とすることで、円形よりも位置あわせ機構の選択肢が多くなる。形状が三角形、四角形では水平に回転すると、その回転径が円形に比べて大きくなり水平回転を使うプロセス装置の対応基板サイズを大きくする必要があり好ましくない。このため、透明基板の外形を四角形の角を切り落とすことでできる六角形、八角形、さらに六角形の角を切り落とす十二角形が適当である。他の多角形も適用可能ではあるが、ガラスを切り落とす加工が増えても効果が変わらないので、先に述べた形状が好ましい。 The glass has a polygonal shape having a linear portion parallel to at least one XY axis, so that there are more options for the alignment mechanism than the circular shape. If the shape is triangular or quadrangular, if it rotates horizontally, the diameter of the rotation will be larger than that of a circle, and it will be necessary to increase the substrate size of a process apparatus that uses horizontal rotation. For this reason, hexagons, octagons, and dodecagons that cut off the corners of the hexagon, which can be cut off from the corners of the square, are suitable. Although other polygons can be applied, the effect is not changed even if the number of processes for cutting glass is increased, so the shape described above is preferable.
次に透明基板のXY方向のサイズについて説明する。まず、接着剤の「はみ出し」量を調べると、デバイスウエハの端面から平均すると1mm程度で、最大でも3mmであった。このことと、マークやチップサンプルを付ける場所も必要なためデバイスウエハの外周から外側になるガラスの最低寸法は5mmとした。 Next, the size of the transparent substrate in the XY direction will be described. First, when the amount of the “extruding” adhesive was examined, the average was about 1 mm from the end face of the device wafer, and the maximum was 3 mm. Since this and a place to attach a mark or a chip sample are also required, the minimum dimension of the glass that is outside from the outer periphery of the device wafer is 5 mm.
一方で、使用する装置から調べてみると、配線パターンなどの露光に使用する200mmウエハ用アライナー露光装置はフォトマスクに9インチ角サイズを使っていて関連する機材の利用ができるため、9インチ角のガラスの四隅の角を落として正八角形としたときのデバイスウエハの外周から外側のガラスの最大寸法は25mmとした。 On the other hand, looking at the equipment used, the 200 mm wafer aligner exposure equipment used for exposure of wiring patterns etc. uses a 9-inch square size for photomasks, and related equipment can be used. The maximum dimension of the outer glass from the outer periphery of the device wafer when the four corners of the glass were dropped into a regular octagon was 25 mm.
以上述べた寸法の測定部分をデバイスウエハと多角形ガラスとの関係からも説明する。円形のデバイスウエハと多角形ガラスを貼合せた状態で水平に回転して加工するので、デバイスウエハと多角形ガラスは両者の重心位置を一致させている。また、多角形ガラスは一部カットする寸法を変える場合もあるため、この場合は加工する前のガラス102の重心とウエハの重心を合わせることにした。寸法規定する際に測定したデバイスウエハの外側のガラス部分は、前記重心とガラス板の端面を結ぶ直線上で測定した値である。
The measurement part having the dimensions described above will be described also from the relationship between the device wafer and the polygonal glass. Since the circular device wafer and the polygonal glass are bonded and rotated horizontally and processed, the device wafer and the polygonal glass have the same center of gravity. In addition, since the polygonal glass may be partially cut in dimensions, in this case, the center of gravity of the
次に好ましいガラスの厚みは0.1〜1.0mmである。その根拠は、ガラスの厚みは0.1mm以上あれば前記耐性や強度が得られる。一方、CSP製品の厚みの要求値は1.5mmより薄くすることが求められていて、ガラス以外の構成要素であるデバイスウエハと接着層とはんだボール高さの合計を調べてみると0.5mm以上であることから、2つの値の差分をガラスの厚みの最大値とした。 Next, the preferable glass thickness is 0.1 to 1.0 mm. The reason is that the above-mentioned resistance and strength can be obtained if the thickness of the glass is 0.1 mm or more. On the other hand, the required value of the thickness of the CSP product is required to be less than 1.5 mm. When the total of the device wafer, the adhesive layer, and the solder ball height, which is a component other than glass, is examined, it is 0.5 mm. Since it is above, the difference of two values was made into the maximum value of the thickness of glass.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図4は大判ガラス101から、六角形ガラス103、八角形ガラス104、十二角形ガラス105とウエハレベルプロセスで位置あわせに利用するため、十字形状 四角形、円形などの各種パターン30を形成する手順を示す図である。パターン形成する装置が大判ガラスのサイズで加工可能であれば、まとめてパターン形成後、外形カットをし、カットしたサイズにしか対応できなければ、四角形にカットしたものをパターン形成し、さらに多角形に外形カットするということを示した説明図である。
FIG. 4 shows a procedure for forming
ガラスはアルカリ成分が溶出すると半導体素子の性能劣化させてしまい、熱膨張係数に違いのある材料を貼合せると反りが発生する。このため、ガラスの材質としては低アルカリ溶出のホウ珪酸系ガラスが好ましく、さらにシリコンの熱膨張係数39×10−7K−1に近いものを選択した。 When the alkali component elutes in glass, the performance of the semiconductor element deteriorates, and warping occurs when materials having different coefficients of thermal expansion are bonded. For this reason, a low alkali-eluting borosilicate glass is preferable as the material of the glass, and a glass having a thermal expansion coefficient close to 39 × 10 −7 K −1 is selected.
以下、直径200mmのCMOSイメージセンサウエハ用の八角形ガラス104の作成と貼合せ、そしてウエハレベルプロセスにてCSPを作成した例を説明する。
Hereinafter, an example will be described in which an
図5は、八角形ガラス104にクロムで、接着剤の印刷用アライメントマーク31、貼り合せ用アライメントマーク32、ダイシングライン基準線33を形成した状態を示す平面図である。以下、作成した手順を説明する。
FIG. 5 is a plan view showing a state in which an adhesive
使用したガラスは、ホウ珪酸系ガラスで熱膨張係数が38×10−7K−1、波長500nmにおける光線透過率が92%、厚み0.5mmのものである。このガラスをガラススクライバ装置にて、一片228.6mmの正方形カットした(ガラス102)。 The glass used is borosilicate glass having a thermal expansion coefficient of 38 × 10 −7 K −1 , a light transmittance of 92% at a wavelength of 500 nm, and a thickness of 0.5 mm. This glass was cut into a square of 228.6 mm (glass 102) with a glass scriber device.
次にガラス102の表面にクロムをスパッタリング法により50nm厚で形成し、その上にスピンコーターにて2マイクロメートルの線幅が作成可能なフォトレジスト層を形成し、予め作成しておいた印刷位置あわせ用マーク31、貼合せ位置あわせ用マーク32、ダイシング基準線33図形を形成したフォトマスクを使い、マスクアライナー露光装置にて露光した。露光後はレジスト現像機にて上記の各パターン形状にレジストを残し、クロムの化学エッチング、フォトレジストの剥膜の加工を経てパターンを形成した。
Next, chromium is formed to a thickness of 50 nm on the surface of the
パターンの形成方法は上記手順に限らず、フォトレジストを使って、パターン形状のレジストが除去されたフォトレジストパターンを形成しておき、その上からクロムの薄膜形成、剥膜してパターンを得るリフトオフ法や、露光を電子ビーム描画装置で行うことも可能である。また、金属材料として使用したクロムに関しては、ガラスとの密着強度が高いチタンを使うことも可能である。 The pattern forming method is not limited to the above procedure, and a photoresist is used to form a photoresist pattern from which the pattern-shaped resist has been removed, and then a chrome thin film is formed thereon, and then lifted off to obtain the pattern. It is also possible to perform the exposure or exposure with an electron beam drawing apparatus. As for the chromium used as the metal material, it is also possible to use titanium having high adhesion strength with glass.
次に、クロムのパターンを形成したガラス102の全ての角について隅から辺に沿って67mmの位置に点を置き、隣り合う点を結ぶ線分に沿って、ガラススクライバ装置にてガラスを切り出した。この結果、一辺が94.7mmの八角形ガラスが得られた。この寸法にすると、デバイスウエハと貼り合わせるとガラスのみの部分が約23mmになる。
Next, with respect to all corners of the
以下、図5のガラス104を使ってウエハレベルプロセスでCSPの作製に適用した例を説明する。
Hereinafter, an example in which the
図6は八角形に形成したガラス104の表面に接着剤11をスクリーン印刷法により塗布した状態であって、接着剤を塗布した面から見た平面図である。塗布した接着剤11は粘度が50,000MPa・sec、色は黒色、材質・硬化タイプはエポキシ系一液UV硬化型の接着剤を使用した。
FIG. 6 is a plan view seen from the surface where the adhesive is applied, in a state where the adhesive 11 is applied to the surface of the octagonally formed
また、スクリーン印刷に使用する版はステンレスメッシュ版とし、25マイクロメートル径のステンレスメッシュ、開口率60%のものを使用し、貼合せ後の接着剤厚みを75マイクロメートルとして、つぶし量を考慮して、塗工後接着剤厚み目標を90マイクロメートルとして、印刷機の特性から、版の非開口部(乳剤厚)を決めた。(図示せず) In addition, the plate used for screen printing is a stainless mesh plate, a stainless mesh with a diameter of 25 micrometers, an opening ratio of 60% is used, the adhesive thickness after bonding is 75 micrometers, and the amount of crushing is considered. The post-coating adhesive thickness target was set to 90 micrometers, and the non-opening portion (emulsion thickness) of the plate was determined from the characteristics of the printing press. (Not shown)
また、スクリーン印刷版のレイアウトは、デバイスウエハのダイシングライン203に合わせた格子状パターンとデバイスウエハの外周部を一周する円形パターンの2つからなる。格子と円形パターンの線幅は0.7mmとして、デバイスウエハのデザインに合わせて配置した。印刷版との印刷位置あわせ用マーク31も印刷パターンとして作る必要があり、デバイスウエハのエリア外に配置した。この印刷位置あわせ用マーク31の配置は従来の同形サイズのガラスを使用する場合にはできなかったことである。
The layout of the screen printing plate is composed of two patterns, a lattice pattern matched to the
次に、接着剤11の塗布作業順序は、1次位置あわせとして、スクリーン印刷機のステージ上に予め取り付けた3本のピンにガラスの外形を突き当ててセットした。3本のピンの配置は、突き当てて基板をセットすると、自動位置あわせ装置のカメラの視野に八角形ガラス104上のアライメントマーク31が入る様に予め配置しておいたものである。次に2次位置あわせで、八角形ガラス104上の印刷位置あわせ用マーク31とスクリーン印刷用版に設けたマークパターン(図示せず)が重なるようにステージを動かし、位置あわせ後、スキージを動かし、接着剤11を八角形ガラス104上に塗布した。この時、印刷位置あわせマーク31上にも接着剤11が塗布されるため、図5の平面図では印刷位置あわせ用マーク31の部分が、接着剤11が塗布されたパターンに変わっている。
Next, the application work sequence of the adhesive 11 was set by abutting the outer shape of the glass against three pins mounted in advance on the stage of the screen printing machine as primary alignment. The three pins are arranged in advance so that the
なお、今回位置あわせは、ピンに突き当て方式と画像認識方式の組み合わせを使用したが、求められる位置精度やガラス板の形状により方法を適宜選択することが可能であり、今回の方法に限定されるものではない。 Note that this time alignment uses a combination of the butting method and the image recognition method on the pin, but the method can be appropriately selected depending on the required position accuracy and the shape of the glass plate, and is limited to this method. It is not something.
この後、接着剤11を塗布した八角形ガラス104を貼り合せ装置へまとめて運ぶためラックに収納した。同形サイズのガラスウエハを使用したときには、接着剤の付いた端部を触らない様にした特殊仕様のラックが必要であったが、本発明の透明基板では端部に接着剤がないので簡便な構造のラックが使えるようになった。(図示せず)
Thereafter, the
また、ラック収納前に、印刷位置あわせ用マーク31の上に載っている接着剤11の除去を行った。従来のデバイスウエハと同形のガラスの場合は、デバイスウエハが貼合せられる領域に印刷マークがあったので、ふき取りができなかった。本実施例では、印刷位置あわせマーク31は、デバイスウエハより外側にあるため、スクリーン印刷による塗布後から硬化前であれば、接着剤11をふき取りで除去することができる。
Further, before the rack was stored, the adhesive 11 placed on the printing
次にCMOSイメージセンサを形成したデバイスウエハ201と貼り合せを行った。デバイスウエハ201の外形寸法は直径200mm、厚み0.725mmであった。
Next, the
まず、図6に示す接着剤11を塗布した八角形のガラス板104とデバイスウエハ201(全体イメージは図示せず)の位置あわせについて説明する。最初に下側に八角形のガラス板104を接着剤11の面を上にしてセットし、上側にはデバイスウエハ201のCMOSセンサアレイ202a面を下向きにしてセットする。
First, the alignment of the
図7は接着剤11を塗布した八角形のガラス板104とCMOSイメージセンサウエハ201の位置あわせができた状態を示す説明図である。位置あわせはCMOSイメージセンサウエハ201上の決められたCMOSセンサアレイ202aを、八角形ガラス104上に形成した貼合せ位置あわせ用マーク32で囲む様に八角形ガラス板104を水平方向に動かして行う。
FIG. 7 is an explanatory view showing a state where the
位置あわせ後の貼り合せについて説明する。本実施例では、八角形ガラス104とCMOSイメージセンサウエハ201の間隔が75マイクロメートルになる様にデバイスウエハ側の高さを調整して貼合せを行った。(図示せず。)今回は、2枚のステージ間の距離を調整する方式を使用したが、これに限定されるものではなく、例えば、気圧差を利用した厚み制御機能を備えた貼合せ装置といったものもある。
The pasting after the positioning will be described. In this embodiment, the bonding was performed by adjusting the height on the device wafer side so that the distance between the
図8は八角形ガラス・デバイスウエハ貼合せ品301をCMOSイメージセンサウエハ201側から見た平面図と平面図のCとDを結ぶ線における断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along a line connecting C and D of the plan view of the octagonal glass / device wafer bonded product 301 viewed from the CMOS
貼合せ後、デバイスウエハ端面からはみ出した接着剤11a部ができたが、八角形ガラス104から外に出ることはなかった。
After bonding, an adhesive 11a portion that protruded from the end face of the device wafer was formed, but did not come out of the
次に接着剤硬化用のUVコンベア炉まで移動するため、基板カセットに八角形ガラス・デバイスウエハ貼合せ品301を収納した。接着剤11aは未硬化状態ではあったが、基板カセットの内部を汚すことは無かった。(図示せず)貼合せ品は、その後、キセノンランプ光源のUVコンベア炉にてUV照射し、接着剤11、11aを硬化した。(図示せず)
Next, in order to move to the UV conveyor furnace for curing the adhesive, the octagonal glass device wafer bonded product 301 was stored in the substrate cassette. Although the adhesive 11a was in an uncured state, the inside of the substrate cassette was not soiled. The bonded product (not shown) was then irradiated with UV in a UV conveyor furnace with a xenon lamp light source to cure the
図9は貼りあわせ品の寸法確認した部分を示す説明図である。実物の寸法を測定した結果、ガラス外形長Laは228.6mm、八角形ガラスの直線部の長さLbは94.7mmであった。デバイスウエハの外側でガラスのみの部分の長さについては、最大の部分L1が23.7mmで最小の部分L2が14.2mmで規定内の寸法であることを確認できた。 FIG. 9 is an explanatory view showing a portion of the bonded product whose dimensions have been confirmed. As a result of measuring the dimensions of the actual product, the glass outer length La was 228.6 mm, and the length Lb of the straight portion of the octagonal glass was 94.7 mm. Regarding the length of the glass-only portion outside the device wafer, it was confirmed that the maximum portion L1 was 23.7 mm and the minimum portion L2 was 14.2 mm, which was within the specified size.
図10は貼合せが完了した複合体のデバイスウエハからはみ出したガラス部に複合体を個々に識別するため別途作成した文字列と2次元コードの入ったアルミ箔ベースで、文字図形がエンボス加工したもので、片面に粘着剤が塗布された識別ラベル41を貼り付けたことを示す平面図である。
本実施例では八角形ガラス104とCMOSイメージセンサウエハ201を貼合せ、接着剤11、11aの硬化後に行ったが、次の薄板化工程以降であってもかまわない。また、今回はアルミ箔ベースのラベルを使用したが、耐熱性のある樹脂フィルムにインキで印字または、レーザで抜き加工したものも使用可能である。
FIG. 10 shows an embossed character figure on an aluminum foil base containing a character string and a two-dimensional code separately created for individually identifying the composite on the glass part protruding from the device wafer of the composite that has been bonded. It is a top view which shows what attached the
In this embodiment, the
次にデバイスウエハのシリコンの薄板化を行った。シリコン部分の薄板加工は、シリコンウエハ用グラインダ/ポリッシャ複合装置を使用し、0.72mm厚のシリコンを 砥石#800、#1200番の順に研削加工し、続いてスラリー状にした研磨剤を使って鏡面仕上げ加工した後、デバイスウエハ201が100マイクロメートルの厚みになるよう加工した。このとき、デバイスシリコンの外周部はガラス板との間に接着剤11が充填されていたので、薄板加工後もデバイスウエハ201の円周部にチッピング(欠け)無いものが得られた。本実施例では鏡面仕上げにポリッシャ装置を使用したが、ドライプロセスを用いた加工でも同じ平坦度に加工が可能である。
Next, the silicon of the device wafer was thinned. Thin plate processing of the silicon part is performed using a grinder / polisher composite device for silicon wafers, and 0.72 mm thick silicon is ground in the order of whetstone # 800 and # 1200, followed by a slurry of abrasive. After the mirror finish, the
次に、薄板加工した面に電極を形成し、デバイスウエハ201の表面にある電極と配線で結ぶ加工を行う。今回はデバイスウエハ201に穴を明け、そこに導体形成するシリコン貫通電極(Through Silicon Via)構造でチップサイズパッケージ内の配線路を形成した。
Next, an electrode is formed on the processed surface of the thin plate, and the electrode on the surface of the
図11はデバイスウエハ201とモニタチップ42と温度モニタ用ラベル43を八角形ガラス104でデバイスウエハ201の貼合せた面のデバイスウエハ201より外側に貼付けた一例を示す平面図である。図11ではモニタチップ42は2つ、温度モニタ用ラベル43は1つを取り付けた例を示したが、取り付ける余地があれば、後の工程でも使うことを考えて取り付ける数量を増やしてもよい。
FIG. 11 is a plan view showing an example in which the
また、モニタチップ42はドライエッチングの加工状態を調べるため、ベアシリコンウエハを薄板加工したデバイスウエハと同じ厚みに加工し、ドライエッチング用レジストを塗工し、パターンを焼き付けて作成した後、ダイシングソーで切り出して作成した。また、工程確認のためデバイスウエハの構造が必要な場合は、半導体プロセスで配線層のみ形成したダミーウエハや、割れてしまったデバイスウエハなどを利用して作成してもよい。
Further, in order to check the processing state of the dry etching, the
また、温度モニタ用ラベル43は1枚のシート上に温度ごとに決められた感温素子がいくつか配置されていて、感温素子は決められた温度になると色が変わり、温度が下がっても変わった色は元に戻らないというものである。他の方法として熱電対を使う方式があるものの、配線が必要で全てのウエハに設置することは手間がかかる作業となるので、簡単に設置、撤去ができて、決められた温度まで達したことがわかればよいため、温度モニタ用ラベルを使用した。
Also, the
デバイスウエハ201の穴あけには、SF6(六弗化硫黄)を使った穴あけを行うため、薄板加工したシリコン表面にノボラック系のフォトレジストを15マイクロメートルの厚みで塗布、開口径70マイクロメートルの穴あけ明け用パターンで露光し、現像した後、エッチング用のマスクパターンを形成した。このマスクパターンに今回は有機系材料であるフォトレジストを使用したが、酸化シリコンの薄膜を使用することも可能である。
The
次に図11に示す状態でシリコンのエッチングを行った。これにはSF6ガスを使いアスペクトの高い、細長い穴が明けられる異方性エッチング方法のひとつであるボッシュプロセスを使用してデバイスウエハに100マイクロメートル深さの穴加工を行った。加工終了後にまずはモニタチップ42を外して穴深度測定を行い、問題がないことを確認してから、次の工程に進めた。ここでモニタチップは全て外して測定する必要はない。
Next, silicon was etched in the state shown in FIG. For this purpose, a hole of 100 μm depth was formed on a device wafer by using a Bosch process which is one of anisotropic etching methods using SF6 gas and having a high aspect and elongated holes. After the processing was completed, the
また、穴はデバイスウエハ201に元からある電極が穴底に露出することが必要であるが、その手前に酸化シリコンの層があるため、続けてCF4ガスを使ったRIE法で、酸化シリコン層の除去を行った。
In addition, it is necessary for the hole to expose the electrode originally on the
シリコンのエッチングが完了した後、穴あけした面に形成したフォトレジストを剥離した。剥離はレジストの剥離液とドライプロセスであるアッシング処理を使用した。(図示せず) After the etching of silicon was completed, the photoresist formed on the drilled surface was peeled off. Stripping was performed using a resist stripping solution and an ashing process which is a dry process. (Not shown)
次に、シリコンに明けた穴の側面に絶縁層とバリア層の形成にはCVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用した。酸化シリコンの絶縁層の形成は、TEOS(Tetraethyl orthosilicate)を使ったデポジションを行った。
このCVDのプロセスでは基板の表面温度の管理が重要で、膜付け時の温度は高く、しかし、デバイスウエハ201は低温にしたいと相反する要求があるため、温度のモニタリングが重要である。このため、到達した最高温度が記録される市販の温度モニタ用ラベル43を貼り付けてから加工を行った。また、前記の穴あけ加工の際、取り外さずに残しておいたモニタチップ42を使い、加工後取り外して穴内の膜厚の測定を行い、規定膜厚になっていることを確認後、次の工程に進めた。(図示せず)
Next, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method was used to form the insulating layer and the barrier layer on the side surface of the hole opened in the silicon. Formation of the insulating layer of silicon oxide was performed using TEOS (Tetraethyl orthosilicate).
In this CVD process, it is important to control the surface temperature of the substrate, and the temperature at the time of film formation is high. However, since the
本発明の透明基板によりウエハとモニタチップ42を同時に装置に導入できる様になったので作業が簡単になり、かつウエハごとのモニタも可能になった。
Since the wafer and the
次に、酸化膜の形成後、穴底にデバイスウエハの電極を露出させるため、再びCF4ガスを使ったRIE法にて酸化シリコンのエッチングを行った。 Next, after the oxide film was formed, the silicon oxide was etched again by the RIE method using CF 4 gas in order to expose the electrode of the device wafer at the bottom of the hole.
次に導体と電極の形成は、チタン、銅を順にそれぞれ50ナノメートル厚設定でスパッタリング加工した後、銅の厚みが10マイクロメートルになるように電気銅めっき法にて加工した。今回は電気銅めっき法にて導体を作成したが、厚付けのスパッタリング法を使った金属膜の形成方法を使用することや、先に配線や電極パターンをレジストでマスク形状に作成してから銅めっきをするセミアデティブ方式を用いることも可能である。 Next, the conductor and the electrode were formed by sputtering with titanium and copper in order at a thickness of 50 nanometers, respectively, and then by an electrolytic copper plating method so that the thickness of copper was 10 micrometers. This time, the conductor was created by the electrolytic copper plating method, but the copper film was formed by using a metal film formation method using a thick sputtering method, or by first creating a wiring or electrode pattern in a mask shape with a resist. It is also possible to use a semi-additive method of plating.
本実施例では電気銅めっきにてシリコン表面全体に銅めっきを行ったため、配線と電極をエッチングで形成することにした。まず感光性レジストにてパターン形成した後、銅を塩化銅水溶液にてケミカルエッチングする。こうすると銅はエッチングされるが、下地のチタンが残るため、続けて市販の、銅に影響を与えないチタンエッチング液を使い、配線層と電極を形成することができた。(図示せず) In this example, copper plating was performed on the entire silicon surface by electrolytic copper plating, so that the wiring and electrodes were formed by etching. First, after pattern formation with a photosensitive resist, copper is chemically etched with a copper chloride aqueous solution. In this way, copper is etched, but the underlying titanium remains, so that a wiring layer and electrodes can be formed using a commercially available titanium etchant that does not affect copper. (Not shown)
このあと、電極パターンに半田ボールを搭載するため、ドライフィルムタイプのソルダレジストを形成し、電極パターンとダイシングライン部をフォトリソグラフィーにて除去した後、UBM(Under Bump Metalize)処理としてニッケル、金の順に無電解めっき処理した。(図示せず) Thereafter, in order to mount solder balls on the electrode pattern, a dry film type solder resist is formed, the electrode pattern and the dicing line portion are removed by photolithography, and then nickel or gold is used as a UBM (Under Bump Metalize) process. The electroless plating process was performed in order. (Not shown)
次にはんだボールを形成した。今回はメタルマスクを使ったスクリーン印刷法ではんだペーストを塗布し、リフロー炉にて溶融することでボール状にした。(図示せず) Next, solder balls were formed. This time, solder paste was applied by a screen printing method using a metal mask and melted in a reflow furnace to form a ball. (Not shown)
図12は八角形ガラス・デバイスウエハ貼合せ品301からダイシング装置にて個片に切り出すためのカットを入れた状態を示す模式図である。まず、ダイシング加工時にチップが飛散しないよう粘着シートに複合体をセットしてから、ダイシング装置にセットし、チップ間にあるダイシングライン203に沿って切り出しを行う。しかし、本実施例ではデバイスウエハ201のダイシングライン203が接着剤11で覆われていて見えない状態となっているため、八角形ガラス104上に形成したダイシング基準線33に沿って切り出し加工を行った。実際にカットされた部分は、八角形ガラス・デバイスウエハ貼合せ品301のダイシングライン44である。このあと、ダイシング装置から取り出し、チップを個々に拾い上げCMOSイメージセンサCSP204を得た。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a state in which a cut for cutting out from an octagonal glass / device wafer bonded product 301 into individual pieces by a dicing apparatus is made. First, the composite is set on the pressure-sensitive adhesive sheet so that the chips do not scatter during dicing, and then set in a dicing apparatus and cut out along dicing
こうして得られたCMOSイメージセンサCSP204を外観検査したところ、デバイスウエハの外周エリアに関して汚れによる不良品が少なくなっていた。また、印刷位置あわせ用マーク31をデバイスウエハ内に配置した従来の方法に比べて得られるチップ数が増えた。
When the appearance of the CMOS
図13は直径220mmのガラスウエハ100Aに、CMOSイメージセンサウエハ200aとの貼合せたものを、シリコンの厚み調整した後、識別ラベル41、モニタチップ42、温度モニタ用ラベル43を貼り付けた状態を示す平面図である。
FIG. 13 shows a state in which an
ガラスウエハ100Aは実施例1と同じ種類のガラスを使用した。外形加工は、まず、ガラスサークルカッターを使用して円形に切り出し、次にCMOSイメージセンサウエハ201のノッチ(結晶方向性を示す切り込み)と同じ位置で位置検出ができる様な切り込みである、ノッチ50を形成した。さらに印刷位置あわせ用マーク31、貼合せ位置あわせ用マーク32、ダイシング基準線33と、外周から内側3mm内側のエリアにクロムでできたエッジ確認用パターン3をクロムで形成したものである。このガラスウエハ100Aは直線部がないので、装置でアライメントをする場合は、ノッチとガラスウエハ100Aの外周を検出して位置決めをする方式のユニットを使用した。
The glass wafer 100A used the same kind of glass as in Example 1. In the outer shape processing, first, a glass circle cutter is used to cut out into a circle, and then the
この後、図13に示す貼合せ品を使い、実施例1と同じ手順でCMOSイメージセンサCSP204を作製した。
Thereafter, a CMOS
こうして得られたCMOSイメージセンサCSP204を外観検査したところ、デバイスウエハの外周エリアに関して汚れによる不良品が少なくなっていた。また、印刷位置あわせ用マーク31をデバイスウエハ内に配置した従来の方法に比べて得られるチップ数が増えた。
When the appearance of the CMOS
図14は楕円ガラス100bを使って、実施例1と同じ方法でCMOSイメージセンサウエハ201との貼合せた後、シリコンの厚み調整後、識別ラベル41、モニタチップ42、温度モニタ用ラベル43を貼り付けた状態を示す平面図である。
FIG. 14 shows an
これは、実施例1で使用したガラス板102にクロムで印刷位置あわせ用マーク31、貼り合せ位置あわせマーク32、ダイシング基準線33をクロムで形成した後、楕円カッターにて長軸240mm、短軸216mmの寸法で楕円に切り出し、さらにガラスの右端から中心に向かって10mmのところでY軸に平行な直線部をスクライバで作成した。この後、図14に示す、貼合せ品を使い、実施例1と同じ手順でCMOSイメージセンサCSP204を作製した。
This is because the printing
こうして得られたCMOSイメージセンサCSP204を外観検査したところ、デバイスウエハの外周エリアに関して汚れによる不良品が少なくなっていた。また、印刷位置あわせ用マーク31をデバイスウエハ内に配置した従来の方法に比べて得られるチップ数が増えた。
When the appearance of the CMOS
比較例として従来から行われているデバイスウエハと同形のガラスを使ってCMOSイメージセンサCSP204を作製した。まず、接着剤を塗布するスクリーン印刷版は、格子パターン部の一部を編集してアライメントマークを配置したデザインのものを用意、使用した。また、ガラス・デバイスウエハの貼合せ品のアライメントはノッチを使う方式のユニットを使用した。あとは実施例1と同じ方法を用いてCMOSイメージセンサCSP204を作製した。
As a comparative example, a CMOS image sensor CSP204 was manufactured using glass having the same shape as a conventional device wafer. First, a screen printing plate to which an adhesive was applied was prepared and used with a design in which alignment marks were arranged by editing a part of the lattice pattern portion. In addition, a unit using a notch was used to align the glass / device wafer bonded product. After that, the CMOS
こうして得られたCMOSイメージセンサCSP204を外観検査したところ、デバイスウエハの外周エリアに関して汚れによる不良品が多発していた。また、印刷位置あわせ用マーク31がデバイスウエハ内にあるため、この部分からはCMOSイメージセンサCSP204が得られなかった。
When the appearance of the thus obtained CMOS
本発明の透明基板とデバイスウエハを貼合せることで接着剤の「はみ出し」による装置周囲や貼合せ品の汚染が少なくなる。また、デバイスウエハよりも外側のガラス部分にプロセスで必要な位置あわせ用パターンや識別ラベル、プロセスモニタ用のモニタチップが置ける様になり、デバイスウエハ上に置かなくて済むため、これらの占める部分からも製品が取れる様になり、かつプロセスの品質管理もしやすくなった。
デバイスウエハより大きく、外形が六角、八角、十二角、円、楕円のいずれかのガラスはウエハレベルプロセスで使用する部材として極めて有用なものである。
By laminating the transparent substrate of the present invention and the device wafer, the contamination of the surroundings of the apparatus and the bonded product due to the “extruding” of the adhesive is reduced. In addition, the alignment pattern, identification label, and monitor chip for process monitoring required for the process can be placed on the glass part outside the device wafer, and it is not necessary to place them on the device wafer. As a result, the product can be taken and the quality control of the process becomes easier.
Glass which is larger than a device wafer and has an outer shape of hexagon, octagon, twelve, circle, or ellipse is extremely useful as a member used in a wafer level process.
10、11…(正規の位置にある)接着剤
10a、11a…(はみ出した)接着剤
20…ガラスのスクライブライン
30…パターン
31…印刷位置あわせ用マーク
32…貼合せ位置あわせ用マーク
33…ダイシング基準線
34…エッジ確認パターン
41…識別ラベル
42…モニタチップ
43…温度モニタ用ラベル
44…ガラス・シリコン貼合せ品のダイシングライン
50…ノッチ
100…ガラスウエハ
100a…ガラスウエハ
100b…楕円ガラス
101…大判ガラス
102…四角形ガラス
103…六角形ガラス
104…八角形ガラス
105…十二角形ガラス
200…デバイスウエハ(イメージセンサウエハ)
201…CMOSイメージセンサウエハ(直径200mmサイズ)
202、202a…CMOSセンサアレイ
203…ダイシングライン
204…CMOSイメージセンサCSP
300…ガラス・デバイスウエハ貼合せ品
301…八角形ガラス・デバイスウエハ貼合せ品
La…ガラス外形長
Lb…八角形ガラスの一辺の長さ
L1…八角形ガラスでデバイスウエハの外側でガラスのみの部分で最長の部分
L2…八角形ガラスでデバイスウエハの外側でガラスのみの部分で最短の部分
C…ガラスとデバイスウエハの重心位置
10, 11...
32 ... Mark for alignment
33 ... Dicing reference line
34 ...
42 ... Monitor chip
43 ... Temperature monitor label
44 ... Glass / silicon bonded
DESCRIPTION OF
101 ... Large glass
102 ... Rectangular glass
103 ... Hexagonal glass
104 ... octagonal glass
105 ... Dodecagonal glass
200: Device wafer (image sensor wafer)
201 ... CMOS image sensor wafer (200mm diameter)
202, 202a: CMOS sensor array
203 ...
300 ... Glass / device wafer bonded product
301 ... Octagonal glass / device wafer bonded product
La ... Outer glass length Lb ... Length of one side of octagonal glass L1 ... Longest part of glass only on the outside of the device wafer in octagonal glass L2 ... Long part of glass only on the outside of the device wafer in octagonal glass Shortest part C: Center of gravity of glass and device wafer
Claims (5)
In a manufacturing method in which a semiconductor chip is bonded to each other with an adhesive to seal the semiconductor forming surface of a semiconductor device wafer with a transparent substrate, and then a structure is formed between the semiconductor chip and the outside as it is, and finally cut into a semiconductor package. The transparent substrate has a polygonal shape having at least one linear portion, or a notch or a shape having a transparent substrate alone that is larger than the outer peripheral portion of the bonded semiconductor device wafer by 5 mm to 25 mm. A method of manufacturing a semiconductor package, wherein the semiconductor package has a circular or elliptical shape having at least one linear portion.
Identification label, temperature formed on the part outside the semiconductor device wafer and only on the transparent substrate, with a mark for printing alignment, a mark for bonding alignment, a dicing reference line, machine-readable or visually readable characters and figures 2. The method of manufacturing a semiconductor package according to claim 1, wherein a monitor label and a monitor chip used for film thickness monitoring during film formation are disposed.
The transparent substrate is bonded with an adhesive to seal the semiconductor forming surface on the semiconductor device wafer with the transparent substrate, and then the outer portion of the semiconductor device wafer and only the transparent substrate is 5 mm to 25 mm larger, The thickness of the transparent substrate is 0.1 to 1.0 mm, and the outer shape of the transparent substrate is a polygon having at least one linear portion, or a circular or elliptical shape having a notch or at least one linear portion. A transparent substrate for a semiconductor package, characterized in that
4. The transparent substrate for a semiconductor package according to claim 3, wherein the polygon is a hexagon, an octagon, or a dodecagon.
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