JP2007273711A - ワイヤソー - Google Patents

Abstract

【課題】飛散したスラリがワイヤ群やワークに対して再度供給されることに起因するスラリの過剰供給を抑制し、ワークの切り出しをより精度良く行う。
【解決手段】ワイヤソーは、ガイドローラ１０Ａ，１０Ｂに巻回された切断用ワイヤ１１により形成されるワイヤ群１２と、ワークＷを保持し、ワイヤ群１２に対して前記ワークＷをその上側から切り込み送りするスライダ２０と、ワイヤ群１２に対してその上方からスラリを供給するノズル部材１４ａ，１４ｂ、１５ａ，１５ｂとを備える。また、ワイヤソーは、ノズル部材１４ａ等から供給されて飛散したスラリを捕集する捕集部材３０を具備している。この捕集部材３０は、スライダ２０のワーク保持部２２に組み付けられることにより、当該ワーク保持部２２とワークＷとの間に形成される隙間部分に配置されるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、切断用ワイヤにより構成されたワイヤ群に対して半導体インゴット等のワークを切り込み送りすることにより当該ワークを切断するワイヤソーに関するものである。

従来から半導体インゴット等のワークをスライス状に切り出す手段としてワイヤソーが知られている。ワイヤソーは、図５に示すように、複数のガイドローラ１０Ａ，１０Ｂ間に切断用ワイヤ１１が巻き掛けられることにより該ワイヤ１１が多数本並んだ状態で張設され、このワイヤ群１２をその軸方向に高速走行させながら該ワイヤ群１２に遊離砥粒を含むスラリを供給しながら、この状態で、ワーク保持部２２に保持されたワークＷを切断用ワイヤ１１の軸方向と直交する方向に、前記ワイヤ群１２に対して切り込み送りすることにより、ワークＷをスライス状に多数毎同時に切り出すように構成されている（例えば特許文献１）。なお、ワイヤ群１２におけるワークＷの切り込み領域の両側であってワイヤ群１２の上方にはそれぞれノズル部材１４ａ，１５ａが配置されており、前記スラリは、これらノズル部材１４ａ，１５ａからワイヤ群１２に対して供給されるようなっている。
特開平１１−１０５１１号公報

ワイヤソーでは、上記のようにワイヤ群１２に対してスラリを供給しながらワークＷの切り出しを行うが、ワイヤ群１２は高速走行しているため、スラリが供給されるとこれが激しく飛散し、例えば円柱状のワークＷ（例えば半導体インゴット）を切り出すような場合には、次のような課題がある。

すなわち、切断用ワイヤ１１の走行方向におけるワークＷの上流側では、ノズル１４ａから供給されたスラリが切断用ワイヤ１１の移動に伴いワークＷ側に飛散することとなる。他方、ワークＷの切り込み送りが進行して切り込み終期の段階に達すると、図５に示すように、ワークＷ、ワーク保持部２２およびノズル部材１４ａにより囲まれた空間Ｓが形成されるため、上記のように飛散したスラリがこの空間Ｓ内で舞い上がり（巻き上がり）、同図中に一点鎖線矢印で示すようにワークＷやワイヤ群１２に対して再度供給される。

その結果、ワークＷやワイヤ群１２に対してスラリの供給が過多となり切り出し精度に悪影響を与えることが考えられる。例えば、ワークＷの切り出し中には、加工熱の影響によりワークＷがその軸方向に多少熱膨張することが知られているが、上記のように切り込み終期の段階にスラリが過剰供給されると、ワークＷが過冷却される結果、切り込み終期にワークＷが短時間に大きく収縮して切断面の品質を損なうことが考えられる。また、スラリの過剰供給によりワークＷが過剰に衝撃を受け、あるいは個々の切断用ワイヤ１１に過剰に振動が生じる等し、その結果、スライス途中のワークＷが脱落するといったトラブルを招くことも考えられる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、飛散したスラリがワイヤ群やワークに対して再度供給されることに起因するスラリの過剰供給を抑制し、ワークの切り出しをより精度良く行えるようにすることを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のワイヤソーは、複数のガイドローラに巻回された切断用ワイヤにより形成されるワイヤ群と、ワークを保持し、前記ワイヤ群に対して相対的に移動することにより前記ワークをワイヤ群に対してその上側から切り込み送りするワーク保持部材と、前記ワイヤ群のうち前記ワークが切り込み送りされる作業領域よりも前記ワイヤの走行方向上流側に少なくとも配置され、前記ワイヤ群に対してその上方からスラリを供給するノズル部材とを備えたワイヤソーにおいて、前記ワイヤ群の上方に配置され、前記ノズル部材から前記ワイヤ群に供給されることにより飛散したスラリを捕集可能な捕集部材を備えているものである（請求項１）。

この構成によると、ワイヤ群に供給されることにより飛散したスラリを捕集することが可能となるので、当該スラリがワイヤ群やワークに対して再度供給されるのを有効に防止することが可能となる。

なお、ワイヤの走行方向における前記ワークの下流側では、飛散したスラリが切断用ワイヤの移動に伴いワークから離間する方向に移動するためワークの切り出し作業に影響を与えることは殆どないが、ワイヤの走行方向における前記ワークよりも上流側では、切断用ワイヤの移動に伴い飛散したスラリがワーク側に舞い上がり、ワークやワイヤ群に再度供給される可能性が高く、ワークの切り出し作業に悪い影響を与える可能性がある。そのため、前記捕集部材は、少なくとも前記ワイヤの走行方向における前記ワークの中心よりも上流側に配置されているのが好適である（請求項２）。

捕集部材は、飛散したスラリを効果的に捕集できる位置に設ければ良いが、前記ワーク保持部材に組み付けられているのが好適である（請求項３）。

この構成によると、ワークと捕集部材が一体的に移動するので、ワークに対して捕集部材が干渉するおそれがなくなる。

この場合、前記ワーク保持部材が、その下端に前記ワークを垂下した状態で保持するとともに、前記下端に前記ワイヤの走行方向に延びて前記ワークに対向する対向面を有し、この対向面と前記ワークとの間に隙間を形成した状態で前記ワークを保持する場合には、前記捕集部材は、前記隙間に配置されているのが好適である（請求項４）。

すなわち、例えばワークが円柱状のものであるような場合には、ワーク表面が湾曲している結果、上記隙間がやや広くなりその部分でスラリが舞い上がり（巻き上がり）、ワーク等に再供給され易い。そのため、上記の構成によれば、上記隙間の部分で舞い上がるスラリを効果的に捕集して、ワーク等への再供給を防止することが可能となる。

なお、この構成の場合には、前記ワーク保持部材の前記下端に、当該下端から垂下して前記ワイヤの走行方向における上流側と下流側とを遮蔽する遮蔽部材が設けられ、前記捕集部材は、この遮蔽部材の前記走行方向における下流側に配置されるとともにこの遮蔽部材に付着して流下するスラリを捕集可能に設けられているのが好適である（請求項５）。

この構成によれば、上記隙間内で舞い上がったスラリを当該隙間部分から外部に飛散させることなく効率良く捕集することが可能となる。

なお、前記捕集部材は、前記ノズル部材に組み付けられ、当該ノズル部材と前記作業領域との間に配置されているものであってもよく（請求項６）、この構成の場合にも、飛散したスラリを効果的に捕集することができる。

また、上記のような構成において、前記捕集部材は、前記ワイヤ群を形成する前記ワイヤの並び方向に亘って設けられているのが好適である（請求項７）。

この構成によれば、切断用ワイヤの並び方向全体に亘って飛散したスラリを捕集することが可能となる。

なお、捕集したスラリが捕集部材から溢れる等してワイヤ群に落下すると、結局スラリの過剰供給となってしまうので、前記捕集部材は、前記ワイヤの並び方向に亘って連続して設けられ、かつ捕集したスラリを前記並び方向に流動させるように形成されているのが好適である（請求項８）。

この構成によれば、捕集したスラリをワイヤ群の外側に速やかに移動させて回収することが可能となるので、上記のようなトラブルを未然に防止することが可能となる。

本発明に係るワイヤソーによると、ノズル部材からワイヤ群に供給されることにより飛散するスラリを捕集できるように構成したので、飛散したスラリがワイヤ群やワークに対して再度供給されることに起因したスラリの過剰供給を有効に防止することができる。従って、このようなスラリの過剰供給に起因するトラブル、例えばワークの過冷却による切断面の品質低下や、切断用ワイヤの過剰振動等によるワークの脱落といったトラブルの発生を未然に防止することが可能となり、その結果、ワークの切り出しをより精度良く行えるようになる。

本発明の好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るワイヤソーの全体構成を模式的に示している。この図に示すようにワイヤソーは、所定の間隔を隔てて平行に配置される一対のガイドローラ１０Ａ，１０Ｂを有している。これらガイドローラ１０Ａ，１０Ｂの外周面上にはローラ軸方向（同図では紙面と直交する方向；以下、前後方向という）に並ぶ多数本の溝が形成され、これらの溝に嵌め込むようにして切断用ワイヤ１１が両ガイドローラ１０Ａ，１０Ｂ間に巻回されることにより、当該ガイドローラ１０Ａ，１０Ｂ間に前後方向に切断用ワイヤ１１が並ぶワイヤ群１２が形成されている。

切断用ワイヤ１１の両端は、それぞれ図外の繰出し・巻取りボビンにそれぞれ巻き付けられている。そして、各ボビンおよび前記ガイドローラ１０Ａ（又は１０Ｂ）が図外の駆動モータにより駆動されるとともにその回転方向が正逆に切換えられることにより、一方側のボビンから切断用ワイヤ１１が繰出されて他方側のボビンに巻き取られる状態と、その逆の状態とに切換わるように構成され、これにより、ガイドローラ１０Ａ，１０Ｂ間に形成されるワイヤ群１２が正逆方向に往復駆動（往復走行）されるようになっている。

なお、本発明においてガイドローラの数は２本に限らず、３本以上のガイドローラの周囲にスラリＷが巻回され、かつそのうちの２つのガイドローラ間に形成されたワイヤ群に対してワークが切り込み送りされるものであってもよい。

ワイヤ群１２のうちワークＷが切り込み送りされる領域（作業領域Ｅと呼ぶ）よりも切断用ワイヤ１１の走行方向（同図では左右方向）外側には、ワイヤ群１２の上方に、それぞれワイヤ群１２に対してスラリ（水溶性あるいは油性の分散液に加工用砥粒を混合した加工液）を供給するための二つ一組のノズル部材１４ａ，１４ｂ（１５ａ，１５ｂ）が配設されている。これらノズル部材１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂは、前後方向に延びるスリット状の液吐出口を有しており、この液吐出口からスラリを吐出することにより、ワイヤ群１２の前後方向全体（切断用ワイヤ１１の配列方向全体）に亘ってスラリを供給するようになっている。

ノズル部材１４ａ，１４ｂ、およびノズル部材１５ａ，１５ｂは、それぞれ切断用ワイヤ１１の走行方向に一定間隔を隔てて配置されることにより、前記作業領域Ｅの両側、つまり切断用ワイヤ１１の走行方向上流側および下流側（以下、それぞれ単に上流側、下流側という）のそれぞれ二箇所でワイヤ群１２に対してスラリを供給するようになっている。特に、各組のノズル部材１４ａ，１４ｂ、１５ａ，１５ｂのうち作業領域Ｅから離間する側のノズル部材１４ａ、１５ａは、ガイドローラ１０Ａ，１０Ｂの真上に配置されている。これによりワイヤ群１２と併せてガイドローラ１０Ａ，１０Ｂにスラリを供給し、同ローラ１０Ａ，１０Ｂを冷却するようになっている。

一方、前記ワイヤ群１２の上方には、図外のコラムに対して昇降可能に支持されたスライダ２０（本発明に係るワーク保持部材に相当する）が配置されている。このスライダ２０の下端部には、ワークＷを保持するワーク保持部２２が設けられており、ワークＷがこのワーク保持部２２に保持されている。

ワークＷは、図示の例では半導体インゴットであって円柱状をなし、その上面にはワーク軸方向に延びるスライスベース２３が固着されている。そして、このスライスベース２３が前後方向を向く状態（すなわちワーク軸方向が前後方向となる状態）で、当該スライスベース２３が前記ワーク保持部２２に保持され、これによりワークＷが前記ワーク保持部２２に保持されている。

ワーク保持部２２のうちワークＷの保持部分の両側、すなわちワーク軸方向と直交する方向におけるスライスベース２３の両側（同図では左右両側）には、スラリの捕集部材３０がそれぞれ設けられている。これらの捕集部材３０は、後述するように、主にワイヤ群１２対するワークＷの切り込み送り終期にワイヤ群１２に供給されて飛散するスラリを捕集する部材で、同図に示すように、ワーク保持部２２の下端面２２ａ、すなわちワークＷの対向面の直ぐ下方に設けられることによって、ワーク保持部２２とこれに保持される前記ワークＷとの間に形成される隙間に配置されている。

各捕集部材３０は、図２および図３に示すように、前後方向に延びる底板３１ａを有し、この底板３１ａの幅方向両端（図２では左右両端）に一対の側板３１ｂを、後端に側板３１ｃをそれぞれ備えた上向きに開く樋型の形状とされている。そして、ワーク保持部２２の下端面２２ａとの間に所定の隙間を隔てた状態で当該ワーク保持部２２に固定されている。詳しくは、前記一対の側壁３１ｂのうち、スライスベース２３から離間する側の側壁３１ｂに上方に延びる延設部が一体形成されており、この延設部がワーク保持部２２の側面にボルト等で固定されることにより、捕集部材３０がワーク保持部２２から垂下した状態で固定されている。

捕集部材３０は、図３に示すように、その前端（同図では左端）が開放されているとともに、底板３１ａが所定角度θでその後端側から前端側に向かって先下がりに傾斜して設けられている。つまり、捕集したスラリを底板３１ａに沿って装置前側に流動させながら捕集部材３０の前端から図外のスラリ回収部に流下させるように構成されている。なお、捕集部材３０は、その前後両端がワイヤ群１２の前後方向外側まで延設されている。

次にこのワイヤソーの作用について説明する。

図１の実線に示す状態で、ガイドローラ１０Ａ（又は１０Ｂ）が回転駆動され、切断用ワイヤ１１が軸方向に高速駆動されるとともに、各ノズル部材１４ａ，１４ｂ、１５ａ，１５ｂから切断用ワイヤ１１（ワイヤ群１２）にスラリが供給された状態で、図外のワーク送りモータが作動し、スライダ２０がゆっくり下降することにより、当該スライダ２０に保持されているワークＷがワイヤ群１２に対して切り込み送りされる。これにより、ワーク軸方向に並ぶ多数本の切断用ワイヤ１１がワークＷに対して同時に切り込み、多数枚のウエハの切り出しが同時実行されることとなる。

そして、ワークＷの切り込み送りが進行して切り込み終期の段階に達すると、図２に示すようにワーク保持部２２がノズル１４ｂ，１５ｂの間に入り込む結果、ワーク保持部２２と、ワークＷと、ノズル部材１４ｂ，１５ｂとの間にこれらに囲まれた空間Ｓが形成され、例えば、図１に矢印で示すように切断用ワイヤ１１が走行している場合（往動時）には、上流側に配置されたノズル部材１４ａ，１４ｂから供給されたスラリが飛散しつつ切断用ワイヤ１１の移動に伴いワークＷ側に送られ、同図に一点鎖線矢印で示すように、ワークＷに沿って上記空間Ｓ内に舞い上がる（巻き上がる）こととなる。このように舞い上がったスラリは、ワーク保持部２２に沿ってその下端面２２ａと捕集部材３０との間に入り込み、捕集部材３０の上流側の側板３１ｂ（固定部側の側板３１ｂ）に衝突しつつ流下して捕集部材３０内に捕集される。そして、この捕集部材３０の底板３１ａに沿って装置前側に流動し、捕集部材３０の前端からスラリ回収部に流下して回収されることとなる。

なお、上記の例は、切断用ワイヤ１１が図中右方から左方に走行している場合（往動時）であるが、切断用ワイヤ１１が左方から右方に走行する復動時には、切断用ワイヤ１１の走行方向上流側に配置されたノズル部材１５ａ，１５ｂから供給されたスラリが同様に飛散することとなり、この場合には、当該上流側に位置する捕集部材３０（図１，図２では左側の捕集部材３０）によりスラリが捕集されることとなる。

このようなワイヤソーによれば、ワークＷの切り込み終期の段階で形成される上記空間Ｓ内で舞い上がったスラリを捕集部材３０により捕集しつつ回収するので、舞い上がったスラリがワークＷやワイヤ群１２に再度供給されることに起因したスラリの過剰供給を有効に防止することができる。従って、このようなスラリの過剰供給に起因するトラブル、例えばワークＷの過冷却による切断面の品質低下や、切断用ワイヤ１１の過剰振動などによるワークの脱落といったトラブルの発生を未然に防止することが可能となり、その結果、ワークの切り出しをより精度良く行えるようになる。

特に、上記のワイヤソーでは、捕集部材３０の側板３１ｂのうちスライスベース２３とは反対側の側板３１ｂに上方に延びる延設部を一体に設け、この延設部分をワーク保持部２２に固定することにより、上記空間Ｓから外部へのスラリの飛散を防止しつつこの側板３１ｂに衝突させて捕集するように構成されているので、上記空間Ｓ内で舞い上がったスラリを外部に逃がすことなく効率良く捕集することができる。従って、舞い上がったスラリがワークＷやワイヤ群１２に再度供給されることに起因する上記のようなスラリの過剰供給を効果的に防止することができる。なお、当実施形態では、このように側板３１ｂが切断用ワイヤ１１の走行方向における上流側と下流側とを遮蔽してスラリの外部飛散を防止する遮蔽板として機能するようになっており、つまり当実施形態では、この側板３１ｂが本発明に係る遮蔽部材を兼ねた構成となっている。

ところで、上述したワイヤソーは、本発明に係るワイヤソーの好ましい実施形態の一例であって、その具体的な構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上述したワイヤソーでは、スライダ２０（ワーク保持部２２）に捕集部材３０を設けているが、例えば、図４に示すように、ワイヤ群１２の前記作業領域Ｅの直ぐ側方に位置するノズル部材１４ｂ，１５ｂに捕集部材３１を設けるようにしてもよい。具体的には、ノズル部材１４ｂ，１５ｂのうち作業領域Ｅ側の側面に捕集部材３１を組み付けるようにしてもよい。このような構成は、例えばワークＷとして太陽電池のシリコン基板等、四角柱状のワークＷ等を切り出す場合に好適である。すなわち、ワークＷが四角柱状の場合には、円柱状のワークＷに比べてワークＷとワーク保持部２２（下端面２２ａ）との間に形成される隙間が狭く、切り込み終期の段階での上記空間Ｓも小さいため、当該空間Ｓでのスラリの舞い上がりが問題となることがないが、太陽電池のシリコン基板等はウエハ厚みが非常に薄いため、飛散したスラリが再度ワークＷやワイヤ群１２等に供給されてワークＷに過剰な衝撃が付与され、あるいは切断用ワイヤ１１に過剰な振動が生じることによるウエハの脱落が生じ易い。従って、図４に示すように、ノズル部材１４ｂ，１５ｂに捕集部材３１を設けておけば、捕集場所は異なるが、図１のワイヤソーと同様に、飛散したスラリを効果的に捕集しつつ回収することができ、その結果、ワークＷやワイヤ群１２にスラリが再度供給されることに起因する上記のようなトラブルの発生を未然に防止することが可能となる。

なお、このようにノズル部材１４ｂ，１５ｂに捕集部材３１を設ける構成は、必ずしも太陽電池のシリコン基板等、四角柱状のワークＷ等を対象とする場合に限らず、円柱状のワークＷを対象とする場合にも勿論有効である。

また、上記実施形態では、捕集部材３０として樋型のものを用い、スラリを捕集しつつ捕集部材３０の前端に流動させ、その末端から図外のスラリ回収部に流下させるようにしているが、捕集部材３０の具体的な形状は、これに限定されるものではなく、飛散したスラリを効率良く捕集しつつ図外のスラリ回収部に回収できるものであればよい。但し、捕集したスラリが捕集部材３０から溢れる等してワイヤ群１２に落下すると、結局スラリの過剰供給となってしまうので、この点を考慮すると、上記実施形態のように、捕集したスラリをワイヤ群１２の外側に速やかに流動させながら回収する構成は有効と言える。

また、捕集部材３０，３１の固定方法も、図１や図４に示すようにスライダ２０（ワーク保持部２２）やノズル部材１４ｂ，１５ｂに直接設ける必要はなく、可能な場合には、それ以外の部材に設けるようにしてもよい。

また、実施形態のワイヤソーでは、ワーク保持部２２のうちワークＷの保持位置（スライスベース２３の位置）の両側に捕集部材３０を設けているが、これはワイヤソーが切断用ワイヤ１１を正逆方向に往復駆動させるものであって、切断用ワイヤ１１の走行方向によってスライスベース２３の両側で上記のようなスラリの舞い上がり現象が発生するためである。従って、切断用ワイヤ１１の走行方向が一方向のみのワイヤソーについては、ワークＷの保持位置（切断用ワイヤ１１の走行方向におけるワークＷの中心）より上流側、つまり切断用ワイヤ１１の走行方向上流側にのみ捕集部材３０を設けるようにしてもよい。この点は、図４に示すワイヤソーの構成についても同様である。

本発明に係るワイヤソーを示す模式図（正面図）である。 ワイヤソーを示す図１の要部拡大図である。 捕集部材の構成を示す図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係るワイヤソーの変形例を示す模式図（正面図）である。 従来のワイヤソーを示す模式図（正面図）である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ ガイドローラ
１１ 切断用ワイヤ
１２ ワイヤ群
１４ａ，１４ｂ、１５ａ，１５ｂ ノズル部材
２０ スライダ
２２ ワーク保持部
３０ 捕集部材
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. 複数のガイドローラに巻回された切断用ワイヤにより形成されるワイヤ群と、ワークを保持し、前記ワイヤ群に対して相対的に移動することにより前記ワークをワイヤ群に対してその上側から切り込み送りするワーク保持部材と、前記ワイヤ群のうち前記ワークが切り込み送りされる作業領域よりも前記ワイヤの走行方向上流側に少なくとも配置され、前記ワイヤ群に対してその上方からスラリを供給するノズル部材とを備えたワイヤソーにおいて、
   前記ワイヤ群の上方に配置され、前記ノズル部材から前記ワイヤ群に供給されることにより飛散したスラリを捕集可能な捕集部材を備えていることを特徴とするワイヤソー。
2. 請求項１に記載のワイヤソーにおいて、
   前記捕集部材は、前記ワイヤの走行方向における前記ワークの中心よりも上流側に配置されていることを特徴とするワイヤソー。
3. 請求項１又は２に記載のワイヤソーにおいて、
   前記捕集部材は、前記ワーク保持部材に組み付けられていることを特徴とするワイヤソー。
4. 請求項３に記載のワイヤソーにおいて、
   前記ワーク保持部材は、その下端に前記ワークを垂下した状態で保持するとともに、前記下端に前記ワイヤの走行方向に延びて前記ワークに対向する対向面を有し、この対向面と前記ワークとの間に隙間を形成した状態で前記ワークを保持するものであって、
   前記捕集部材は、前記隙間に配置されていることを特徴とするワイヤソー。
5. 請求項４に記載のワイヤソーにおいて、
   前記ワーク保持部材の前記下端に、当該下端から垂下して前記ワイヤの走行方向における上流側と下流側とを遮蔽する遮蔽部材が設けられ、前記捕集部材は、この遮蔽部材の前記走行方向における下流側に配置されるとともにこの遮蔽部材に付着して流下するスラリを捕集可能に設けられていることを特徴とするワイヤソー。
6. 請求項１又は２に記載のワイヤソーにおいて、
   前記捕集部材は、前記ノズル部材に組み付けられ、当該ノズル部材と前記作業領域との間に配置されていることを特徴とするワイヤソー。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載のワイヤソーにおいて、
   前記捕集部材は、前記ワイヤ群を形成する前記ワイヤの並び方向に亘って設けられていることを特徴とするワイヤソー。
8. 請求項７に記載のワイヤソーにおいて、
   前記捕集部材は、前記ワイヤの並び方向に亘って連続して設けられ、かつ捕集したスラリを前記並び方向に流動させるように形成されている
   ことを特徴とするワイヤソー。

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