CN112936627B - 多线切割晶棒的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种多线切割晶棒的方法和装置；该方法可以包括：基于待加工晶棒与处于高速往复运动的切割线之间沿竖直方向的相向运动以使所述切割线与所述待加工晶棒接触并对所述待加工晶棒进行切割；在所述切割线对所述待加工晶棒进行切割过程中，控制所述待加工晶棒按照设定的旋转策略绕轴线旋转。

Description

多线切割晶棒的方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及晶圆加工技术领域，尤其涉及一种多线切割晶棒的方法和装置。

背景技术

多线切割技术是目前先进的切片加工技术，其原理是切割线通过一组槽轮形成具有不同间距的钢丝网，利用切割线的高速往复运动把磨料带入待切割材料(比如硅棒)的加工区域进行研磨，而待切割工件通过工作台的升降实现垂直方向的进给，以此将工件同时切割成若干个所需尺寸形状的薄片(比如晶圆)。通常多线切割过程中所采用的磨料优选为砂浆，不仅能够帮助研磨，而且还能够在多线切割过程中起到冷却作用。

随着晶圆尺寸的增加以及切割线线径的减少，在多线切割过程中会出现锯切路径增加、锯口变窄，其切割下来的锯屑(硅粉)也很难排除，致使砂浆很难进入切割槽，导致在多线切割过程中所产生的热量无法有效排出，从而晶圆局部过热而产生翘曲，甚至发生断线现象。

此外，在切割的过程中，切割的深度和横截面都会经历晶棒的最大直径，并且断线现象出现也都是大概率的在晶圆的最大直径的附近位置。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种多线切割晶棒的方法和装置；能够避免局部过热而出现翘曲现象，并且在切割过程中规避了在晶棒的最大直径处进行切割，降低断线现象的发生概率。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种多线切割晶棒的方法，所述方法包括：

基于待加工晶棒与处于高速往复运动的切割线之间沿竖直方向的相向运动以使所述切割线与所述待加工晶棒接触并对所述待加工晶棒进行切割；

在所述切割线对所述待加工晶棒进行切割过程中，控制所述待加工晶棒按照设定的旋转策略绕轴线旋转。

第二方面，本发明实施例提供了一种多线切割晶棒的装置，所述装置包括：相向运动控制部分和旋转运动控制部分；其中，

所述相向运动控制部分，经配置为：控制待加工晶棒与处于高速往复运动的切割线之间沿竖直方向的相向运动以使所述切割线与所述待加工晶棒接触并对所述待加工晶棒进行切割；

所述旋转运动控制部分，经配置为：在所述切割线对所述待加工晶棒进行切割过程中，控制所述待加工晶棒按照设定的旋转策略绕轴线旋转。

本发明实施例提供了一种多线切割晶棒的方法和装置；在切割过程中控制待加工晶棒进行旋转，从而使得切割形成的切割槽发生倾斜，便于切割过程中所产生的硅粉较易地从切割槽内滑出，并且便于砂浆充分地喷注入切割槽内以进行降温而防止翘曲现象发生；此外，在切割过程中，随着待加工晶棒的旋转，切割线进行切割时与待加工晶棒的接触长度能够始终保持在小于待加工晶棒的直径长度，有效地避免由于接触长度过大所导致的断线现象发生。

附图说明

图1(a)为本发明实施例提供的一种示例性的多线切割设备结构示意图；

图1(b)为本发明实施例提供的另一种示例性的多线切割设备结构示意图；

图2为本发明实施例提供的沿待加工晶棒的轴线方向的加工示意视图；

图3为本发明实施例提供的一种多线切割晶棒的装置组成示意图；

图4为本发明实施例提供的一种旋转运动控制部分的组成示意图；

图5为本发明实施例提供的一种多线切割过程示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种旋转运动控制部分的组成示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种多线切割过程示意图；

图8为本发明实施例提供的又一种旋转运动控制部分的组成示意图；

图9为本发明实施例提供的又一种多线切割过程示意图；

图10为本发明实施例提供的一种多线切割晶棒的方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，其示出了常规方案所涉及的多线切割设备1的组成示意图，可以理解地，图1所示结构仅用于进行原理性说明，并不表示本领域技术人员不会根据具体的实施状态在图1所示的组成结构上增加或减少组件，本发明实施例对此不做具体限制。由图1所示，多线切割设备1可以包括切割部件11和载置部件12；切割部件11可以在一些示例中如图1(a)所示置于载置部件12的竖直方向下方，也可以在一些示例中如图1(b)所示置于载置部件12的竖直方向上方。具体来说，切割部件11可以包括多个线辊111以及切割线112，切割线112缠绕于线辊111以形成相互平行的切割网线，随着线辊111的滚动，带动切割网线做高速往复运动；在图1中，线辊111的数量以2个为例进行说明，并且切割线112的往复运动方向如图1中的实线箭头所示，往复运动速度示例性地可以为10m/s至15m/s。载置部件12用于装载并固定待加工晶棒2，在图1(a)所示的示例中，载置部件12可以包括基台121以及安装于基台121上的夹持轴122，夹持轴122可以沿待加工晶棒2的轴线方向夹持待加工晶棒2的两端以固定待加工晶棒2。在图1(b)所示的示例中，载置部件12除了可以包括前述示例中所述的基台121以及安装于基台121上的夹持轴122之外，还可以包括承载待加工晶棒2的底座123。

对于图1(a)、(b)中所示的多线切割设备1，可以通过移动切割部件11或者载置部件12以使切割线112与待加工晶棒2之间沿竖直方向的相向运动，待切割线112与待加工晶棒2相互接触之后，利用切割线112的高速往复运动实现对待加工晶棒2的切割。在如图1(a)所示的示例中，可以将切割部件11沿黑色箭头所示方向移动，也可以将载置部件12沿虚线白色箭头方向移动，以实现切割线112与待加工晶棒2之间沿竖直方向的相向运动。在如图1(b)所示的示例中，可以将载置部件12沿黑色箭头所示方向移动，也可以将切割部件11沿虚线白色箭头方向移动，以实现切割线112与待加工晶棒2之间沿竖直方向的相向运动。需要说明的是，本发明实施例通过加装升降装置(图中未示出)以实现切割部件11或者载置部件12的移动，可以理解地，本领域技术人员还可以根据实际需要及实施场景通过其他方式实现切割部件11或者载置部件12的移动，本发明实施例对此不做赘述。

在常规方案中，切割部件11或者载置部件12的移动速度示例性地可以设置为0.2至0.6mm/min。在多线切割过程中，如图2所示沿待加工晶棒2的轴线方向的加工示意视图，由于待加工晶棒2被固定于载置部件12，以图1(b)所示为例，切割线112相对于待加工晶棒2的行进方向为竖直向下方向，如图2中箭头所示，在切割线112向下行进进行切割的过程中，随着切割深度的增加会导致切割槽变窄，使得切割下来的硅粉也很难排除，并且多线切割时所喷注的砂浆也较难进入切割槽，从而致使切割处的热量无法有效排除，使得晶棒局部过热而产生翘曲现象，甚至会导致断线现象发生；此外，随着切割深度的增加，切割线112将会经历在待加工晶棒2的直径D处进行切割，切割线112与待加工晶棒2的接触长度将会达到待加工晶棒2的直径D。基于接触长度过大，导致大多数断线现象发生在切割线112切割至待加工晶棒2的直径D位置附近。

基于上述情况，本发明实施例期望提供一种多线切割晶棒的方案，能够便于切割所得到的硅粉从切割槽排除，便于砂浆进入以降低切割过程中所产生的热量，而且减少了切割线112在切割过程中与待加工晶棒2的最大接触长度，避免出现接触长度达到待加工晶棒2的直径的情况，降低断线现象的发生概率。

基于此，参见图3，其示出了能够应用于图1所示的示例性的多线切割设备1的多线切割晶棒的装置3，该装置可以包括：相向运动控制部分31和旋转运动控制部分32；其中，

所述相向运动控制部分31，经配置为：控制待加工晶棒与处于高速往复运动的切割线之间沿竖直方向的相向运动以使所述切割线与所述待加工晶棒接触并对所述待加工晶棒进行切割；

所述旋转运动控制部分32，经配置为：在所述切割线对所述待加工晶棒进行切割过程中，控制所述待加工晶棒按照设定的旋转策略绕轴线旋转。

通过图3所示的技术方案，在切割过程中控制待加工晶棒进行旋转，从而使得切割形成的切割槽发生倾斜，便于切割过程中所产生的硅粉较易地从切割槽内滑出，并且便于砂浆充分地喷注入切割槽内以进行降温而防止翘曲现象发生；此外，在切割过程中，随着待加工晶棒的旋转，切割线进行切割时与待加工晶棒的接触长度能够始终保持在小于待加工晶棒的直径长度，有效地避免由于接触长度过大所导致的断线现象发生。

需要说明的是，本发明实施例将结合图1(b)所示的示例性的多线切割设备1对多线切割晶棒的装置3的实施方案进行阐述，可以理解地，本领域技术人员可以基于以下阐述的实施方案将多线切割晶棒的装置3应用于图1(a)所示的多线切割设备1以及其他结构的多线切割设备，本发明实施例对此不做赘述。

在一些示例中，如图4所示，所述旋转运动控制部分32，包括：设置于所述待加工晶棒两端的传动轴321以及与所述传动轴321连接的伺服电机322；其中，所述伺服电机322，用于通过传动轴321控制所述待加工晶棒按照设定的旋转速度及设定的旋转方向绕轴线旋转。

具体来说，为了能够更加牢固地固定待加工晶棒2，载置部件12还可以在待加工晶棒2的两端设置粘料板124，设置于所述待加工晶棒2两端的传动轴321可以替换载置部件12中的夹持轴122与粘料板124相连接，传动轴321的另一端则可以与伺服电机322相连接，从而使得伺服电机322能够通过传动轴321控制所述待加工晶棒2按照设定的旋转速度及设定的旋转方向绕轴线旋转.旋转方向可以根据具体实施需要进行设定，如图4中黑色箭头所示。旋转速度也同样能够进行设置。基于图4所示的旋转运动控制部分32，其切割过程可以如图5所示，在图5中，圆形为待加工晶棒2沿轴线方向视图，横线表示切割线112，待加工晶棒2下方的灰色弧形箭头表示待加工晶棒2基于伺服电机322通过传动轴321控制而进行旋转的方向，随着直线箭头所表示的切割过程的进行，切割线112不断切割入待加工晶棒2内，切割所产生的硅粉会随着待加工晶棒2的旋转而滑出，从而不会造成硅粉堆积，而且便于多线切割时所喷注的砂浆进入切割槽，促使切割处的热量能够有效排除，避免发生翘曲现象，同样也能避免因热量聚集导致温度过热所产生的断线现象。此外，虚线圆表示已经完成切割的部分，在切割过程中，切割线112始终仅与待加工晶棒2未切割部分的表面接触进行切割，接触长度远小于待加工晶棒2的直径长度，避免了因为接触长度过大而导致断线现象的发生。

在一些示例中，如图6所示，所述旋转运动控制部分32，可以包括：切割深度检测模块323、设置于所述待加工晶棒两端的传动轴321以及与所述传动轴321连接的伺服电机322；其中，

所述切割深度检测模块323，经配置为实时测量所述切割线的切割深度，并且当所述切割线的切割深度满足设定的深度阈值时，触发所述伺服电机322；

所述伺服电机322，经配置为基于所述切割深度检测模块的触发，通过所述传动轴321控制所述待加工晶棒按照设定的旋转方向绕轴线旋转设定的角度。

具体来说，沿用前述示例，传动轴321可以替换载置部件12中的夹持轴122与粘料板124相连接，传动轴321的另一端则可以与伺服电机322相连接，从而使得伺服电机322能够通过传动轴321控制所述待加工晶棒2旋转。切割深度检测模块323具体在实施时可以选用图像采集器，比如CCD相机等，通过采集到的待加工晶棒2的沿轴线方向的截面图像实时监测切割线的切割深度，并且当切割深度满足设定的深度阈值时，通过连接伺服电机322的传输线向伺服电机322发送触发指令，以指示伺服电机322控制所述待加工晶棒按照设定的旋转方向绕轴线旋转设定的角度。基于图6所示的旋转运动控制部分32，其切割过程可以如图7所示，在图7中，圆形为待加工晶棒2沿轴线方向视图，横线表示切割线112，直线箭头所表示的切割过程的进行，待加工晶棒2下方的粗箭头表示旋转方向。切割深度检测模块323检测到切割线112切割至一定的深度后，触发伺服电机322控制传动轴321按照粗箭头方向旋转一定的角度；切割线112将针对旋转之后的待加工晶棒2继续进行切割，切割深度检测模块323检测到切割线112针对旋转之后的待加工晶棒2切割至一定的深度后，继续触发伺服电机322控制传动轴321按照粗箭头方向旋转一定的角度；切割线112仍旧针对再次旋转之后的待加工晶棒2继续进行切割，直至切割线112切割完毕。从上述过程可以看出，每次旋转之前，切割线112切割待加工晶棒2形成的水平切割槽内会堆积较多的硅粉；通过旋转待加工晶棒，堆积的硅粉可以借由旋转而从切割槽内滑出，从而不会造成硅粉堆积，而且便于多线切割时所喷注的砂浆进入切割槽，促使切割处的热量能够有效排除，避免发生翘曲现象，同样也能避免因热量聚集导致温度过热所产生的断线现象。此外，通过图7所示的过程可以看出，切割线112在切割过程中，与待加工晶圆2接触的长度始终小于待加工晶圆2的直径，因此，同样也避免了因为接触长度过大而导致断线现象的发生。

在一些示例中，如图8所示，所述旋转运动控制部分32，包括：计时模块324、设置于所述待加工晶棒两端的传动轴321以及与所述传动轴321连接的伺服电机322；其中，

所述伺服电机322，经配置为通过所述传动轴321控制所述待加工晶棒按照设定的旋转方向绕轴线旋转第一角度；

所述计时模块324，经配置为在所述待加工晶棒完成绕轴线旋转所述第一角度后，计量所述切割线对所述待加工晶棒进行切割的时长；以及，当所述切割线对所述待加工晶棒进行切割的时长达到第一时长阈值时，向所述伺服电机322发送第一触发指令；

所述伺服电机322，还经配置为基于所述第一触发指令通过所述传动轴321控制所述待加工晶棒按照所述设定的旋转方向的反方向绕轴线旋转第二角度；

所述计时模块324，还经配置为在所述待加工晶棒完成绕轴线旋转所述第二角度后，计量所述切割线对所述待加工晶棒进行切割的时长；以及，当所述切割线对所述待加工晶棒进行切割的时长达到第二时长阈值时，向所述伺服电机322发送第二触发指令；

所述伺服电机322，还经配置为基于所述第二触发指令通过所述传动轴321控制所述待加工晶棒按照所述设定的旋转方向绕轴线旋转所述第一角度。

具体来说，沿用前述示例，传动轴321可以替换载置部件12中的夹持轴122与粘料板124相连接，传动轴321的另一端则可以与伺服电机322相连接，从而使得伺服电机322能够通过传动轴321控制所述待加工晶棒2旋转。计时模块324具体在实施时计量切割时长，并且在切割时长满足设定的时长阈值时，触发通过连接伺服电机322的传输线向伺服电机322发送触发指令，以指示伺服电机322控制所述待加工晶棒按照设定的旋转方向绕轴线旋转设定的角度。

基于图8所示的旋转运动控制部分32，其切割过程可以如图9所示，在图9中，圆形为待加工晶棒2沿轴线方向视图，横线表示切割线112，直线箭头所表示的切割过程的进行，待加工晶棒2下方的粗箭头表示旋转方向。在切割过程中，计时模块324计量切割线112的切割时长达到第一时长阈值时，触发伺服电机322控制传动轴321按照粗箭头A方向旋转第一角度；切割线112将针对旋转之后的待加工晶棒2继续进行切割，计时模块324继续计量切割线112针对旋转之后的待加工晶棒2的切割时长，当达到第二时长阈值时，计时模块324触发伺服电机322控制传动轴321按照粗箭头B方向旋转第二角度；切割线112将针对再次旋转之后的待加工晶棒2继续进行切割，计时模块324继续计量切割线112针对再次旋转之后的待加工晶棒2的切割时长，当达到第一时长阈值时，计时模块324触发伺服电机322控制传动轴321按照粗箭头A方向旋转第一角度；如此重复直至切割线112切割完毕。在上述过程中，粗箭头A方向与粗箭头B方向相反，第一角度与第二角度可以设置为相同或不同，在本发明实施例中，第一角度可以示例性地设置为20度，第二角度可以示例性地设置为10度；本发明实施例对此不作具体限定。从上述过程可以看出，通过待加工晶棒2反复地沿相反方向进行绕轴旋转，可以使得切割槽内所堆积的硅粉可以借由旋转而从切割槽内滑出，从而不会造成硅粉堆积，而且便于多线切割时所喷注的砂浆进入切割槽，促使切割处的热量能够有效排除，避免发生翘曲现象，同样也能避免因热量聚集导致温度过热所产生的断线现象。此外，通过图9所示的过程可以看出，切割线112在切割过程中，与待加工晶圆2接触的长度仍旧始终小于待加工晶圆2的直径，因此，同样也避免了因为接触长度过大而导致断线现象的发生。

针对前述关于旋转运动控制部分32具体实施示例的阐述，需要说明的是，本领域技术人员也可以基于上述示例阐述以及有关旋转运动控制部分32能够在切割过程中控制待加工晶棒2进行旋转的描述，利用其他方式对旋转运动控制部分32完成具体实施，本发明实施例对此不做赘述。

在一些示例中，所述相向运动控制部分31，具体可以是图1所示的载置部件12内，能够升降的基台121，从而可以控制所述待加工晶棒朝向所述切割线沿竖直方向移动，以使所述待加工晶棒与所述切割线之间沿竖直方向的相向运动；或者，可以为安装于图1所示的切割部件11的升降结构，可以控制所述切割线朝向所述待加工晶棒沿竖直方向移动，以使所述待加工晶棒与所述切割线之间沿竖直方向的相向运动。

基于前述技术方案相同的发明构思，参见图10，其示出了本发明实施例提供的一种多线切割晶棒的方法，其特征在于，所述方法包括：

S101：基于待加工晶棒与处于高速往复运动的切割线之间沿竖直方向的相向运动以使所述切割线与所述待加工晶棒接触并对所述待加工晶棒进行切割；

S102：在所述切割线对所述待加工晶棒进行切割过程中，控制所述待加工晶棒按照设定的旋转策略绕轴线旋转。

基于图10所示的技术方案，在一些示例中，所述控制所述待加工晶棒按照设定的旋转策略绕轴线旋转，包括：

控制所述待加工晶棒按照设定的旋转速度及设定的旋转方向绕轴线旋转。

基于图10所示的技术方案，在一些示例中，所述控制所述待加工晶棒按照设定的旋转策略绕轴线旋转，包括：

每当所述切割线的切割深度满足设定的深度阈值时，控制所述待加工晶棒按照设定的旋转方向绕轴线旋转设定的角度。

基于图10所示的技术方案，在一些示例中，所述控制所述待加工晶棒按照设定的旋转策略绕轴线旋转，包括：

控制所述待加工晶棒按照设定的旋转方向绕轴线旋转第一角度；

在所述待加工晶棒完成绕轴线旋转所述第一角度后，当所述切割线对所述待加工晶棒进行切割的时长达到第一时长阈值时，控制所述待加工晶棒按照所述设定的旋转方向的反方向绕轴线旋转第二角度；

在所述待加工晶棒完成绕轴线旋转所述第二角度后，当所述切割线对所述待加工晶棒进行切割的时长达到第二时长阈值时，控制所述待加工晶棒按照所述设定的旋转方向绕轴线旋转所述第一角度。

基于图10所示的技术方案，在一些示例中，所述方法还包括：

控制所述待加工晶棒朝向所述切割线沿竖直方向移动，以使所述待加工晶棒与所述切割线之间沿竖直方向的相向运动；或者，

控制所述切割线朝向所述待加工晶棒沿竖直方向移动，以使所述待加工晶棒与所述切割线之间沿竖直方向的相向运动。

可以理解地，上述图10所示的技术方案及其示例与上述图3至图9所示的多线切割晶棒的装置3的技术方案属于同一构思，上述图10所示的技术方案及其示例未详细描述的细节内容，均可以参见上述图3至图9所示的多线切割晶棒的装置3的技术方案的描述。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种多线切割晶棒的方法，其特征在于，所述方法包括：

基于待加工晶棒与处于高速往复运动的切割线之间沿竖直方向的相向运动以使所述切割线与所述待加工晶棒接触并对所述待加工晶棒进行切割；

在所述切割线对所述待加工晶棒进行切割过程中，控制所述待加工晶棒按照设定的旋转策略绕轴线旋转；其中，所述控制所述待加工晶棒按照设定的旋转策略绕轴线旋转，包括：

控制所述待加工晶棒按照设定的旋转方向绕轴线旋转第一角度；

在所述待加工晶棒完成绕轴线旋转所述第一角度后，当所述切割线对所述待加工晶棒进行切割的时长达到第一时长阈值时，控制所述待加工晶棒按照所述设定的旋转方向的反方向绕轴线旋转第二角度；

在所述待加工晶棒完成绕轴线旋转所述第二角度后，当所述切割线对所述待加工晶棒进行切割的时长达到第二时长阈值时，控制所述待加工晶棒按照所述设定的旋转方向绕轴线旋转所述第一角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

控制所述待加工晶棒朝向所述切割线沿竖直方向移动，以使所述待加工晶棒与所述切割线之间沿竖直方向的相向运动；或者，

控制所述切割线朝向所述待加工晶棒沿竖直方向移动，以使所述待加工晶棒与所述切割线之间沿竖直方向的相向运动。

3.一种多线切割晶棒的装置，其特征在于，所述装置包括：相向运动控制部分和旋转运动控制部分；其中，

所述相向运动控制部分，经配置为：控制待加工晶棒与处于高速往复运动的切割线之间沿竖直方向的相向运动以使所述切割线与所述待加工晶棒接触并对所述待加工晶棒进行切割；

所述旋转运动控制部分，经配置为：在所述切割线对所述待加工晶棒进行切割过程中，控制所述待加工晶棒按照设定的旋转策略绕轴线旋转；其中，

所述旋转运动控制部分，包括：计时模块、设置于所述待加工晶棒两端的传动轴以及与所述传动轴连接的伺服电机；其中，

所述伺服电机，经配置为通过所述传动轴控制所述待加工晶棒按照设定的旋转方向绕轴线旋转第一角度；

所述计时模块，经配置为在所述待加工晶棒完成绕轴线旋转所述第一角度后，计量所述切割线对所述待加工晶棒进行切割的时长；以及，当所述切割线对所述待加工晶棒进行切割的时长达到第一时长阈值时，向所述伺服电机发送第一触发指令；

所述伺服电机，还经配置为基于所述第一触发指令通过所述传动轴控制所述待加工晶棒按照所述设定的旋转方向的反方向绕轴线旋转第二角度；

所述计时模块，还经配置为在所述待加工晶棒完成绕轴线旋转所述第二角度后，计量所述切割线对所述待加工晶棒进行切割的时长；以及，当所述切割线对所述待加工晶棒进行切割的时长达到第二时长阈值时，向所述伺服电机发送第二触发指令；

所述伺服电机，还经配置为基于所述第二触发指令通过所述传动轴控制所述待加工晶棒按照所述设定的旋转方向绕轴线旋转所述第一角度。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述相向运动控制部分，经配置为：

控制所述待加工晶棒朝向所述切割线沿竖直方向移动，以使所述待加工晶棒与所述切割线之间沿竖直方向的相向运动；或者，

控制所述切割线朝向所述待加工晶棒沿竖直方向移动，以使所述待加工晶棒与所述切割线之间沿竖直方向的相向运动。

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