JP2007305835A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエーハの裏面におけるデバイス領域に対応する領域の厚さを均一に形成することができるとともに、ウエーハの裏面における外周余剰領域に残存される環状の補強部の強度を低下させることがないウエーハの加工方法を提供する。
【解決手段】表面に複数のデバイスが形成されたデバイス領域とデバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを備えたウエーハの加工方法であって、ウエーハの裏面におけるデバイス領域と外周余剰領域との境界部に切削ブレードを位置付けて該境界部に所定深さ、所定幅の環状溝を形成する環状溝形成工程と、環状溝が形成されたウエーハの裏面におけるデバイス領域に対応する領域を研削してデバイス領域の厚さを所定厚さに形成するとともに、ウエーハの裏面における外周余剰領域に対応する領域を残存させて環状の補強部を形成する補強部形成工程とを含む。
【選択図】図９

Description

本発明は、表面に複数のデバイスが形成されたウエーハの裏面を加工する加工方法に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと称されている切削装置によって行われている。この切削装置は、半導体ウエーハ等の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削する切削ブレードを備えた切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる加工送り手段とを具備している。切削手段は、回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードおよび回転スピンドルを回転駆動する駆動機構を備えたスピンドルユニットを含んでいる。（例えば、特許文献１参照。）
特開平７−１０６２８４号公報

上述したように分割されるウエーハは、ストリートに沿って切断する前に裏面を研削またはエッチングによって所定の厚さに形成される。近年、電気機器の軽量化、小型化を達成するためにウエーハの厚さを５０μm以下に形成することが要求されている。
しかるに、ウエーハの厚さを５０μm以下に形成すると破損し易くなり、ウエーハの搬送等の取り扱いが困難になるという問題がある。

上述した問題を解消するために本出願人は、ウエーハの裏面におけるデバイス領域に対応する領域を研削してデバイス領域の厚さを所定厚さに形成するとともに、ウエーハの裏面における外周余剰領域を残存させて環状の補強部を形成することにより、薄くなったウエーハの搬送等の取り扱いを容易にしたウエーハの加工方法を特願２００５−１６５３９５号として提案した。

上述したように、ウエーハの裏面におけるデバイス領域に対応する領域を研削してデバイス領域の厚さを所定厚さに形成するとともに、ウエーハの裏面における外周余剰領域を残存させて環状の補強部を形成するには、研削装置のチャックテーブルにウエーハを保持し、ウエーハの回転中心を通過し外周余剰領域に至らない直径を有する研削砥石によって研削する。しかるに、例えば荒研削用の研削砥石によって研削した後、仕上げ用の研削砥石によって研削する場合、研削砥石をデバイス領域と外周余剰領域との境界部に精密に位置付ける非常に高い位置付け精度が要求され、荒研削され環状に形成された補強部の内周面に仕上げ研削することができないことがあり、このように環状の補強部の内周面が仕上げ研削されずに荒研削されたままの状態であると、ウエーハが破損し易いという問題がある。
また、ウエーハの裏面におけるデバイス領域に対応する領域を研削してデバイス領域の厚さを所定厚さに形成するとともに、ウエーハの裏面における外周余剰領域を残存させて環状の補強部を形成すると、研削砥石の研削面の外周隅部に形成されるアールに起因して、デバイス領域と外周余剰領域との境界部にアールが形成され、外周余剰領域に隣接するデバイスの厚さが外周余剰領域に向かって厚くなるという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ウエーハの裏面におけるデバイス領域に対応する領域の厚さを均一に形成することができるとともに、ウエーハの裏面における外周余剰領域に残存される環状の補強部の強度を低下させることがないウエーハの加工方法を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、表面に複数のデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを備えたウエーハの加工方法であって、
ウエーハの裏面における該デバイス領域と該外周余剰領域との境界部に切削ブレードを位置付けて該境界部に所定深さ、所定幅の環状溝を形成する環状溝形成工程と、
該環状溝が形成されたウエーハの裏面における該デバイス領域に対応する領域を研削して該デバイス領域の厚さを所定厚さに形成するとともに、ウエーハの裏面における該外周余剰領域に対応する領域を残存させて環状の補強部を形成する補強部形成工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

上記環状溝形成工程において形成される環状溝の幅は、０．５mm以上であることが望ましい。

本発明によれば、ウエーハの裏面におけるデバイス領域と外周余剰領域との境界部に切削ブレードを位置付けて境界部に所定深さ、所定幅の環状溝を形成するので、研削砥石を環状の補強部の内周面に高精度に位置付ける必要がない。また、外周余剰領域に形成される環状の補強部の内周面は切削ブレードによって切削されているため、仕上げ研削用の研削砥石による研削と同等以上に平滑な切削面に形成されるので、荒研削されたままの状態のように強度が低下することはない。また、研削砥石の外周隅部にはアールが形成されているが、このアール部は環状溝の幅内に位置付けられるので、外周余剰領域に隣接するデバイスの厚さが外周余剰領域に向かって厚くなることはない。従って、ウエーハの裏面におけるデバイス領域に対応する領域の厚さを均一に形成することができる。

以下、本発明によるウエーハの加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図１には、本発明によるウエーハの加工方法によって加工されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図１に示す半導体ウエーハ１０は、例えば厚さが７００μmのシリコンウエーハからなっており、表面１０ａに複数のストリート１０１が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１０１によって区画された複数の領域にIC、LSI等のデバイス１０２が形成されている。このように構成された半導体ウエーハ１０は、デバイス１０２が形成されているデバイス領域１０４と、該デバイス領域１０４を囲繞する外周余剰領域１０５を備えている。なお、外周余剰領域１０５の幅は、２〜３mmに設定されている。

上記のように構成された半導体ウエーハ１０の表面１０ａには、図２に示すように保護部材１１を貼着する（保護部材貼着工程）。従って、半導体ウエーハ１０の裏面１０bが露出する形態となる。

保護部材貼着工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０の裏面１０bにおけるデバイス領域１０４と外周余剰領域１０５との境界部に切削ブレードを位置付けて該境界部に所定深さ、所定幅の環状溝を形成する環状溝形成工程を実施する。この環状溝形成工程は、図３に示す切削装置２を用いて実施する。図３に示す切削装置２は、吸引保持手段を備えたチャックテーブル２１と、切削ブレード２２１を備えた切削手段２２と、チャックテーブル２１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段２３を具備している。チャックテーブル２１は、図示しない切削送り機構によって図３において矢印Ｘで示す切削送り方向に移動せしめられるようになっている。また、チャックテーブル２１は、図示しない回転機構によって回転せしめられるようになっている。なお、切削手段２２は、図示しない割り出し送り機構によって矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。切削手２２の切削ブレード２２１は、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドで結合したレジンボンド砥石ブレードやダイヤモンド砥粒をメタルボンドで結合したメタルボンド砥石ブレードからなっている。そして、切削ブレード２２１の厚さは、０．５mm以上であることが望ましい。上記撮像手段２３は、切削ブレード２２１と矢印Ｘで示す切削送り方向において同一線上に配設されている。この撮像手段６３は、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。

上述した切削装置２を用いて実施する環状溝形成工程について、図３乃至図５を参照して説明する。
即ち、図３に示すように切削装置２のチャックテーブル２１上に、上述した保護部材貼着工程において保護部材１１が貼着された半導体ウエーハ１０の保護部材１１側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、保護部材１１を介して半導体ウエーハ１０をチャックテーブル２１上に保持する。従って、半導体ウエーハ１０は裏面１０bが上側となる。このようにして、保護部材１１を介して半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル２１は、図示しない切削送り機構によって撮像手段２３の直下に位置付けられる。

チャックテーブル２１が撮像手段２３の直下に位置付けられると、撮像手段２３および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ１０の切削すべき領域を検出するアライメント工程を実行する。即ち、撮像手段２３および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ１０のデバイス領域１０４と外周余剰領域１０５との境界部と切削ブレード２２１との位置合わせを行うためのアライメント作業を遂行する。このとき、半導体ウエーハ１０の表面２０ａは下側に位置しているが、撮像手段２３が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、裏面１０bから透かしてデバイス領域１０４と外周余剰領域１０５との境界部を撮像することができる。

以上のようにしてチャックテーブル２１上に保持されている半導体ウエーハ１０に形成されているデバイス領域１０４と外周余剰領域１０５との境界部を検出し、切削領域のアライメントが行われたならば、半導体ウエーハ１０を保持したチャックテーブル２１を切削領域に移動する。そして、切削手段２２の切削ブレード２２１をチャックテーブル２１に保持された半導体ウエーハ１０のデバイス領域１０４と外周余剰領域１０５との境界部の直上に位置付ける。次に、図４に示すように切削ブレード２２１を矢印２２１aで示す方向に回転しつつ２点鎖線で示す待機位置から下方に切り込み送りし、実線で示すように所定の切り込み送り位置に位置付ける。この切り込み送り位置は、例えば半導体ウエーハ１０の表面１０ａ（下面）から３０μm裏面１０b側(上側)の位置に設定されている。

次に、上述したように切削ブレード２２１を矢印２２１aで示す方向に回転しつつチャックテーブル２１を図４において矢印２１aで示す方向に回転せしめる。そして、チャックテーブル２１が１回転することにより、図５に示すように半導体ウエーハ１０の裏面１０bにはデバイス領域１０４と外周余剰領域１０５との境界部に所定深さ、所定幅の環状溝１１０が形成される。

上述したように環状溝形成工程を実施したならば、環状溝１１０が形成された半導体ウエーハ１０の裏面１０bにおけるデバイス領域１０４に対応する領域を研削してデバイス領域の厚さを所定厚さに形成するとともに、半導体ウエーハ１０の裏面１０bにおける余剰領域１０５に対応する領域を残存させて環状の補強部を形成する補強部形成工程を実施する。この補強部形成工程は、図６に示す研削装置によって実施する。図６に示す研削装置３は、略直方体状の装置ハウジング４を具備している。装置ハウジング４の図６において右上端には、静止支持板４１が立設されている。この静止支持板４１の内側面には、上下方向に延びる２対の案内レール４２、４２および４３、４３が設けられている。一方の案内レール４２、４２には荒研削手段としての荒研削ユニット５が上下方向に移動可能に装着されており、他方の案内レール４３、４３には仕上げ研削手段としての仕上げ研削ユニット６が上下方向に移動可能に装着されている。

荒研削ユニット５は、ユニットハウジング５１と、該ユニットハウジング５１の下端に回転自在に装着されたホイールマウント５２に装着された研削ホイール５３と、該ユニットハウジング５１の上端に装着されホイールマウント５２を矢印５２aで示す方向に回転せしめる電動モータ５４と、ユニットハウジング５１を装着した移動基台５５とを具備している。研削ホイール５３は、環状の砥石基台５３１と、該砥石基台５３１の下面に装着された荒研削用の研削砥石５３２とによって構成されている。移動基台５５には被案内レール５５１、５５１が設けられており、この被案内レール５５１、５５１を上記静止支持板４１に設けられた案内レール４２、４２に移動可能に嵌合することにより、荒研削ユニット５が上下方向に移動可能に支持される。図示の形態における荒研削ユニット５は、上記移動基台５５を案内レール４２、４２に沿って移動させ研削ホイール５３を研削送りする研削送り機構５６を具備している。研削送り機構５６は、上記静止支持板４１に案内レール４２、４２と平行に上下方向に配設され回転可能に支持された雄ねじロッド５６１と、該雄ねじロッド５６１を回転駆動するためのパルスモータ５６２と、上記移動基台５５に装着され雄ねじロッド５６１と螺合する図示しない雌ねじブロックを具備しており、パルスモータ５６２によって雄ねじロッド５６１を正転および逆転駆動することにより、荒研削ユニット５を上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる。

上記仕上げ研削ユニット６も荒研削ユニット５と同様に構成されており、ユニットハウジング６１と、該ユニットハウジング６１の下端に回転自在に装着されたホイールマウント６２に装着された研削ホイール６３と、該ユニットハウジング６１の上端に装着されホイールマウント６２を矢印６２aで示す方向に回転せしめる電動モータ６４と、ユニットハウジング６１を装着した移動基台６５とを具備している。研削ホイール６３は、環状の砥石基台６３１と、該砥石基台６３１の下面に装着された仕上げ研削用の研削砥石６３２とによって構成されている。

上記移動基台６５には被案内レール６５１、６５１が設けられており、この被案内レール６５１、６５１を上記静止支持板４１に設けられた案内レール４３、４３に移動可能に嵌合することにより、仕上げ研削ユニット６が上下方向に移動可能に支持される。図示の形態における仕上げ研削ユニット６は、上記移動基台６５を案内レール４３、４３に沿って移動させ研削ホイール６３を研削送りする送り機構６６を具備している。送り機構６６は、上記静止支持板４１に案内レール４３、４３と平行に上下方向に配設され回転可能に支持された雄ねじロッド６６１と、該雄ねじロッド６６１を回転駆動するためのパルスモータ６６２と、上記移動基台６５に装着され雄ねじロッド６６１と螺合する図示しない雌ねじブロックを具備しており、パルスモータ６６２によって雄ねじロッド６６１を正転および逆転駆動することにより、仕上げ研削ユニット６を上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる。

図示の実施形態における研削装置は、上記静止支持板４１の前側において装置ハウジング４の上面と略面一となるように配設されたターンテーブル７を具備している。このターンテーブル７は、比較的大径の円盤状に形成されており、図示しない回転駆動機構によって矢印７ａで示す方向に適宜回転せしめられる。ターンテーブル７には、図示の実施形態の場合それぞれ１２０度の位相角をもって３個のチャックテーブル８が水平面内で回転可能に配置されている。このチャックテーブル８は、円盤状の基台８１とポーラスセラミック材によって円盤状に形成され吸着保持チャック８２とからなっており、吸着保持チャック８２上（保持面）に載置された被加工物を図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持する。このように構成されたチャックテーブル８は、図６に示すように図示しない回転駆動機構によって矢印８aで示す方向に回転せしめられる。ターンテーブル７に配設された３個のチャックテーブル８は、ターンテーブル７が適宜回転することにより被加工物搬入・搬出域Ａ、荒研削加工域Ｂ、および仕上げ研削加工域Ｃおよび被加工物搬入・搬出域Ａに順次移動せしめられる。

上述した研削装置３を用いて補強部形成工程を実施するには、被加工物搬入・搬出域Ａに位置付けられたチャックテーブル８の上面（保持面）に図示しない搬送手段によって上記半導体ウエーハ１０の保護部材１１を載置し、半導体ウエーハ１０をチャックテーブ７上に吸引保持する。次に、ターンテーブル７を図示しない回転駆動機構によって矢印７ａで示す方向に１２０度回動せしめて、半導体ウエーハ１０を載置したチャックテーブル８を荒研削加工域Ｂに位置付ける。ここで、チャックテーブル８に保持された半導体ウエーハ１０と研削ホイール５３を構成する荒研削用の研削砥石５３２の関係について、図７を参照して説明する。チャックテーブル８の回転中心P1と研削砥石５３２の回転中心P2は偏芯しており、研削砥石５３２の外径は、半導体ウエーハ１０のデバイス領域１０４と余剰領域１０５との境界部に形成された環状溝１１０の外周の直径より小さく環状溝１１０の内周の半径より大きい寸法に設定され、環状の研削砥石５３２がチャックテーブル８の回転中心P1（半導体ウエーハ１０の中心）を通過するようになっている。従って、荒研削用の研削砥石５３２を環状溝１１０の幅内に位置付ければよく、研削砥石５３２を高精度に位置付ける必要がない。

次に、図７に示すようにチャックテーブル８を矢印８aで示す方向に３００ｒｐｍで回転しつつ、研削砥石５３２を矢印５２aで示す方向に６０００ｒｐｍで回転せしめるとともに、垂直移動手段５７を作動して研削ホイール５３即ち研削砥石５３２を半導体ウエーハ１０の裏面に接触させる。そして、研削ホイール５３即ち研削砥石５３２を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りする。この結果、半導体ウエーハ１０の裏面には、図８に示すようにデバイス領域１０４に対応する領域が荒研削除去されて所定厚さ（例えば３０μm）より僅かに厚い円形状の凹部１０４bに形成されるとともに、外周余剰領域１０５に対応する領域が残存されて環状の補強部１０５bに形成される。

なお、この間に被加工物搬入・搬出域Ａに位置付けられた次のチャックテーブル８上には、上述した環状溝形成工程が実施された半導体ウエーハ１０が載置される。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、半導体ウエーハ１０をチャックテーブル８上に吸引保持する。次に、ターンテーブル７を矢印７aで示す方向に１２０度回動せしめて、荒研削加工された半導体ウエーハ１０を保持しているチャックテーブル８を仕上げ研削加工域Ｃに位置付け、研削加工前の半導体ウエーハ１０を保持したチャックテーブル８を荒研削加工域Ｂに位置付ける。

このようにして、荒研削加工域Ｂに位置付けられたチャックテーブル８上に保持された荒研削加工前の半導体ウエーハ１０の裏面１０bには荒研削ユニット５によって上述した荒研削加工が施され、仕上げ研削加工域Ｃに位置付けられたチャックテーブル８上に載置され荒研削加工された半導体ウエーハ１０の裏面１０bには仕上げ研削ユニット６によって仕上げ研削加工が施される。

ここで、仕上げ研削加工について、図９を参照して説明する。
仕上げ研削用の研削砥石６３２の外径は、上記荒研削用の研削砥石５３２と同一寸法に形成されている。そして、図９に示すように仕上げ研削用の研削砥石６３２をチャックテーブル８の回転中心P1（半導体ウエーハ１０の中心）を通過するように位置付ける。このとき、研削砥石６３２の外周縁は、上記環状溝形成工程によって形成された環状溝１１０の幅内に位置付けられる。なお、環状溝１１０の幅は図示の実施形態においては上述したように０．５mm以上に設定されているので、極めて高い精度を要求されることなく研削砥石６３２を比較的容易に所定位置範囲に位置付けることができる。

次に、図９に示すようにチャックテーブル８を矢印８aで示す方向に３００ｒｐｍで回転しつつ、仕上げ研削用の研削砥石６３２を矢印６２aで示す方向に６０００ｒｐｍで回転せしめるとともに、垂直移動手段６７を作動して研削ホイール６３即ち研削砥石６３２を半導体ウエーハ１０の裏面に形成された円形状の凹部１０４bの底面に接触させる。そして、研削ホイール６３即ち研削砥石６３２を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りする。この結果、半導体ウエーハ１０の裏面に形成された円形状の凹部１０４bの底面が仕上げ研削され、図１０に示すように環状溝１１０の底面と面一となる。このようにして半導体ウエーハ１０の裏面に形成された円形状の凹部１０４bの底面が仕上げ研削用の研削砥石６３２によって研削されることにより、凹部１０４bの底面が平滑となり、半導体ウエーハ１０の強度が向上する。なお、環状の補強部１０５bの内周面は仕上げ研削用の研削砥石６３２によって研削されないが、環状の補強部１０５bの内周面は上述したように砥石ブレードからなる切削ブレード２２１によって切削されているので、仕上げ研削用の研削砥石６３２による研削と同等以上に平滑な切削面に形成されているため、荒研削されたままの状態のように強度が低下することはない。また、研削砥石６３２の外周隅部には図９に示すように１０〜２０μmのアール６３２aが形成されているが、このアール６３２aは環状溝１１０の幅内に位置付けられるので、外周余剰領域１０５に隣接するデバイスの厚さが外周余剰領域１０５に向かって厚くなることはない。従って、半導体ウエーハ１０の裏面におけるデバイス領域１０４に対応する領域の厚さを均一に形成することができる。

本発明によるウエーハの加工方法によって加工される半導体ウエーハの斜視図 図１に示す半導体ウエーハの表面に保護部材を貼着した状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における環状溝形成工程を実施するための切削装置の要部斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における環状溝形成工程の説明図。 図４に示す環状溝形成工程が実施された半導体ウエーハの拡大断面図。 本発明によるウエーハの加工方法における補強部形成工程を実施するための研削装置の要部斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における補強部形成工程の荒研削工程を示す説明図。 図７に示す補強部形成工程の荒研削工程が実施された半導体ウエーハの拡大断面図。 本発明によるウエーハの加工方法における補強部形成工程の仕上げ研削工程を示す説明図。 図９に示す補強部形成工程の仕上げ研削工程が実施された半導体ウエーハの拡大断面図。

符号の説明

２：切削装置
２１：切削装置のチャックテーブル
２２：切削手段
２２１：切削ブレード
３：研削装置
４：研削装置の装置ハウジング
５：荒研削ユニット
５１：、ユニットハウジング
５２：ホイールマウント
５３：研削ホイール
５３２：荒研削用の研削砥石
５６：研削送り機構
６：仕上げ研削ユニット
６１：ユニットハウジング
６２：ホイールマウント
６３：研削ホイール
６３２：仕上げ研削用の研削砥石
６６：研削送り機構
７：ターンテーブル
８：チャックテーブル
１０：半導体ウエーハ
１０１：ストリート
１０２：デバイス
１０４：デバイス領域
１０５：外周余剰領域
１０４b：円形状の凹部
１０５b：環状の補強部
１１０：環状溝

Claims (2)

1. 表面に複数のデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを備えたウエーハの加工方法であって、
   ウエーハの裏面における該デバイス領域と該外周余剰領域との境界部に切削ブレードを位置付けて該境界部に所定深さ、所定幅の環状溝を形成する環状溝形成工程と、
   該環状溝が形成されたウエーハの裏面における該デバイス領域に対応する領域を研削して該デバイス領域の厚さを所定厚さに形成するとともに、ウエーハの裏面における該外周余剰領域に対応する領域を残存させて環状の補強部を形成する補強部形成工程と、を含む、
   ことを特徴とするウエーハの加工方法。
2. 該環状溝形成工程において形成される環状溝の幅は、０．５mm以上に設定されている、請求項１記載のウエーハの加工方法。

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