JP2015144192A - リフトオフ方法 - Google Patents

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洋司 森數
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将 小柳
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Shin Tabata
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Abstract

【課題】光デバイスの品質を低下させることなくエピタキシー基板を確実に剥離することができるリフトオフ方法を提供する。
【解決手段】エピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法であって、光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合剤を介して移設基板を接合して複合基板を形成する複合基板形成工程と、複合基板のエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、バッファー層破壊工程が実施された複合基板のエピタキシー基板を剥離し、光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程とを含み、バッファー層破壊工程は、複合基板を加熱してエピタキシー基板と移設基板とに生ずるスプリングバックを緩和させてレーザー光線をバッファー層に照射する。
【選択図】図６

Description

本発明は、サファイア基板や炭化珪素等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法に関する。
光デバイス製造工程においては、略円板形状であるサファイア基板や炭化珪素等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介してGaN（窒化ガリウム）またはINGaP（インジウム・ガリウム・リン）若しくはALGaN（アルミニウム・窒化ガリウム）で構成されるn型半導体層およびp型半導体層からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数のストリートによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハをストリートに沿って分割することにより個々の光デバイスを製造している。
また、光デバイスの輝度の向上または冷却の向上を目的として、光デバイスウエーハの光デバイス層をMo、Cu、Si基板等の移設基板に移設するリフトオフと呼ばれる製造方法が下記特許文献１に開示されている。
リフトオフは、光デバイスウエーハの光デバイス層側にAuSn（金錫）等の接合金属層を介して移設基板を接合し、エピタキシー基板の裏面側からエピタキシー基板を透過しバッファー層で吸収される波長（例えば２５７nm）のレーザー光線を照射してバッファー層を破壊し、エピタキシー基板を光デバイス層から剥離することにより、光デバイス層を移設基板に移し替える技術である。
特開２００４−７２０５２号公報
而して、光デバイスウエーハの光デバイス層側に接合金属層を介して移設基板を接合して複合基板を形成する際に光デバイスウエーハおよび移設基板は２５０℃程度に加熱されるので、光デバイスウエーハを構成するエピタキシー基板と移設基板との熱膨張係数の差により、複合基板は常温において僅かに湾曲している。従って、レーザー光線を照射してバッファー層を破壊する際に、エピタキシー基板および移設基板のスプリングバックによってレーザー光線が照射されていない領域で剥離が生じて光デバイス層が破壊され、光デバイスの品質を低下させ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、光デバイスの品質を低下させることなくエピタキシー基板を確実に剥離することができるリフトオフ方法を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、エピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法であって、
光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合剤を介して移設基板を接合して複合基板を形成する複合基板形成工程と、
複合基板のエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、
該バッファー層破壊工程が実施された複合基板のエピタキシー基板を剥離し、光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含み、
該バッファー層破壊工程は、複合基板を加熱してエピタキシー基板と移設基板とに生ずるスプリングバックを緩和させてレーザー光線をバッファー層に照射する、
ことを特徴とするリフトオフ方法が提供される。
上記バッファー層破壊工程において複合基板を加熱する温度は、１００〜５００℃に設定される。
本発明によるリフトオフ方法においては、バッファー層破壊工程において複合基板のエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射する前に、複合基板を加熱して常温において僅かに湾曲していた複合基板を構成するエピタキシー基板と移設基板とに生じるスプリングバックを緩和する複合基板加熱工程を実施するので、エピタキシー基板および移設基板のスプリングバックが生じることがないため、バッファー層を確実に破壊することができる。複合基板のエピタキシー基板を剥離し、光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程においては、バッファー層が破壊されていない領域で剥離することはない。従って、バッファー層が破壊されていない領域で剥離が生じて光デバイス層が破壊され、光デバイスの品質の低下を招くという問題が解消する。
本発明によるリフトオフ方法によって移設基板に移し替えられる光デバイス層が形成された光デバイスウエーハの斜視図および要部拡大断面図。 本発明によるリフトオフ方法における複合基板形成工程の説明図。 本発明によるリフトオフ方法におけるバッファー層破壊工程および光デバイス層移設工程を実施するためのレーザー加工装置の斜視図。 図３に示すレーザー加工装置に装備されるチャックテーブルの断面図。 図３に示すレーザー加工装置に装備されるチャックテーブルの他の実施形態を示す断面図。 本発明によるリフトオフ方法におけるバッファー層破壊工程の説明図。 本発明によるリフトオフ方法の光デバイス層移設工程におけるエピタキシー基板吸着工程の説明図。 本発明によるリフトオフ方法の光デバイス層移設工程における剥離工程の説明図。
以下、本発明によるリフトオフ方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１の(a)および(b)には、本発明によるリフトオフ方法によって移設基板に移し替えられる光デバイス層が形成された光デバイスウエーハの斜視図および要部拡大断面図が示されている。
図１の(a)および(b)に示す光デバイスウエーハ２は、直径が５０mmで厚みが６００μmの円板形状であるサファイア基板からなるエピタキシー基板２１の表面２１aにn型窒化ガリウム半導体層２２１およびp型窒化ガリウム半導体層２２２からなる光デバイス層２２がエピタキシャル成長法によって形成されている。なお、エピタキシー基板２１の表面にエピタキシャル成長法によってn型窒化ガリウム半導体層２２１およびp型窒化ガリウム半導体層２２２からなる光デバイス層２２を積層する際に、エピタキシー基板２１の表面２１aと光デバイス層２２を形成するn型窒化ガリウム半導体層２２１との間には窒化ガリウム(GaN)からなる厚みが例えば１μmのバッファー層２３が形成される。このように構成された光デバイスウエーハ２は、図示の実施形態においては光デバイス層２２の厚みが例えば１０μmに形成されている。なお、光デバイス層２２は、図１の(a)に示すように格子状に形成された複数のストリート２２３によって区画された複数の領域に光デバイス２２４が形成されている。
上述したように光デバイスウエーハ２におけるエピタキシー基板２１を光デバイス層２２から剥離して移設基板に移し替えるためには、光デバイス層２２の表面２２aに移設基板を接合して複合基板を形成する複合基板形成工程を実施する。即ち、図２の(a)、(b)および(c)に示すように、光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の表面２１aに形成された光デバイス層２２の表面２２aに、厚みが１ｍmの銅基板からなる移設基板３を金錫（AuSn）からなる接合剤となる接合金属層４を介して接合する。なお、移設基板３としてはモリブデン(Mo)、銅(Cu)、シリコン(Si)等を用いることができ、また、接合金属層４を形成する接合金属としては金(Au),白金(Pt),クロム(Cr),インジウム(In),パラジウム(Pd)等を用いることができる。この複合基板形成工程は、エピタキシー基板２１の表面２１aに形成された光デバイス層２２の表面２２aまたは移設基板３の表面３aに上記接合金属を蒸着して厚みが３μm程度の接合金属層４を形成し、この接合金属層４と移設基板３の表面３aまたは光デバイス層２２の表面２２aとを対面させて圧着することにより、光デバイスウエーハ２を構成する光デバイス層２２の表面２２aに移設基板３の表面３aを接合金属層４を介して接合して複合基板２００を形成する。なお、複合基板形成工程においてエピタキシー基板２１の表面２１aに形成された光デバイス層２２の表面２２aに移設基板３を接合して複合基板２００を形成する際にエピタキシー基板２１および移設基板３は２５０℃程度に加熱されるので、エピタキシー基板２１と移設基板３との熱膨張係数の差により、複合基板２００は常温において僅かに湾曲する。
上述したように光デバイスウエーハ２を構成する光デバイス層２２の表面２２aに移設基板３の表面３aを接合金属層４を介して接合し複合基板２００を形成したならば、複合基板２００のエピタキシー基板２１の裏面側からバッファー層２３にエピタキシー基板２１に対しては透過性を有しバッファー層２３に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、バッファー層２３を破壊するバッファー層破壊工程を実施する。バッファー層破壊工程は、図３に示すレーザー加工装置を用いて実施する。図３に示すレーザー加工装置５は、静止基台５０と、該静止基台５０に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構６と、静止基台５０に上記X軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構７と、該レーザー光線照射ユニット支持機構７に矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射手段８とを具備している。
上記チャックテーブル機構６は、静止基台５０上にX軸方向に沿って平行に配設された案内レール６１、６１と、該案内レール６１、６１上にX軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック６２と、該第１の滑動ブロック６２の上面に配設された案内レール６２１、６２１上にＹ軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック６３と、該第２の滑動ブロック６３上に円筒部材６４によって支持されたカバーテーブル６５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル６６を具備している。このチャックテーブル６６は、図４に示すようにチャックテーブル本体６６１と、該チャックテーブル本体６６１の保持領域６６０に配設された通気性を有する吸引保持部材として機能するポーラスセラミックスヒーター６６２とからなっている。チャックテーブル本体６６１は、円盤状の保持部６６１aと、該６６１aの下面に突出して設けられた回転軸部６６１bとからなっており、ステンレス鋼等の金属材やセラミックス等によって一体的に形成されている。保持部６６１aの上面には保持領域６６０に円形の嵌合凹部６６１cが設けられている。この嵌合凹部６６１cには、底面の外周部にポーラスセラミックスヒーター６６２が載置される環状の支持棚６６１dが設けられている。チャックテーブル本体６６１を形成する保持部６１１aおよび回転軸部６１１bには、嵌合凹部６６１cに開口する吸引通路６１１eが設けられている。
上記吸引保持部材として機能するポーラスセラミックスヒーター６６２は、チャックテーブル本体６６１の保持部６６１aの上面に形成された嵌合凹部６６１cに嵌合され環状の支持棚６６１d上に載置され、ポーラスセラミックスヒーター６６２の外周面と嵌合凹部６６１aの内周面が適宜の接着剤によって接合されている。このようにしてチャックテーブル本体６６１の保持部６６１aに設けられた嵌合凹部６６１cに嵌合されたポーラスセラミックスヒーター６６２は、その上面が保持部６６１aの上面と同一平面を形成するように構成されている。
以上のように構成されたチャックテーブル６６は、チャックテーブル本体６６１に形成された吸引通路６６１eが図示しない吸引手段に接続される。従って、チャックテーブル本体６６１の保持領域６６０に配設されたポーラスセラミックスヒーター６６２上に被加工物を載置し、図示しない吸引手段を作動することにより、吸引通路６６１eを介してポーラスセラミックスヒーター６６２の上面に負圧が作用し、該ポーラスセラミックスヒーター６６２の上面に被加工物が吸引保持される。
また、チャックテーブル６６を構成するポーラスセラミックスヒーター６６２は、電源回路６６３に接続されている。従って、ポーラスセラミックスヒーター６６２は、電源回路６６３から電力が印加されることによって所定の温度に加熱される。なお、ポーラスセラミックスヒーター６６２の加熱温度は、１００〜５００℃が望ましい。
次に、チャックテーブル６６の他の実施形態について、図５を参照して説明する。
図５に示すチャックテーブル６６は、チャックテーブル本体６６１が上部部材６６４と下部部材６６５とからなっており、上部部材６６４と下部部材６６５との間にラバーヒーター６６６が配設されている。上部部材６６４には負圧室６６４aが設けられるとともに、該負圧室６６４aに連通し上面に開口する複数の吸引孔６６４bと下面に開口する連通孔６６４cが形成されている。また、下部部材６６５の下面に上記回転軸部６６１bが設けられている。なお、ラバーヒーター６６６の中心部には、上部部材６６４に形成された連通孔６６４cと下部部材６６５および回転軸部６６１bに形成された吸引通路６６１eと連通する連通路６６６aが設けられている。このように構成されたチャックテーブル６６を構成するラバーヒーター６６６は、上記図４に示す実施形態と同様に電源回路に接続され、１００〜５００℃に加熱されるようになっている。
図３を参照して説明を続けると、上述したように構成されたチャックテーブル６６は、円筒部材６４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。また、図示のチャックテーブル機構６は、上記第１の滑動ブロック６２を案内レール６１、６１に沿ってX軸方向に移動せしめる加工送り手段６７と、第２の滑動ブロック６３を案内レール６２１、６２１に沿ってＹ軸方向に移動せしめる第１の割り出し送り手段６８を具備している。なお、加工送り手段６７および第１の割り出し送り手段６８は、周知のボールスクリュー機構によって構成されている。
上記レーザー光線照射ユニット支持機構７は、静止基台５０上にＹ軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール７１、７１と、該案内レール７１、７１上にＹ軸方向に移動可能に配設された可動支持基台７２を具備している。この可動支持基台７２は、案内レール７１、７１上に移動可能に配設された移動支持部７２１と、該移動支持部７２１に取り付けられた装着部７２２とからなっており、ボールスクリュー機構によって構成された第２の割り出し送り手段７３によって案内レール７１、７１に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。
図示のレーザー光線照射手段８は、ユニットホルダ８１と、該ユニットホルダ８１に取り付けられたケーシング８２を具備している。ユニットホルダ８１は、上記可動支持基台７２の装着部７２２に設けられた案内レール７２３、７２３に沿ってZ軸方向に移動可能に支持される。このように案内レール７２３、７２３に沿って移動可能に支持されたユニットホルダ８１は、ボールスクリュー機構によって構成された集光点位置調整手段８３によってZ軸方向に移動せしめられる。
図示のレーザー光線照射手段８は、上記ユニットホルダ８１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング８２を含んでいる。ケーシング８２内には図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング８２の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器８４が装着されている。ケーシング８２の前端部には、上記レーザー光線照射手段８によって上記チャックテーブル６６に保持された被加工物を撮像する撮像手段８５が配設されている。この撮像手段８５は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段からなっており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
図示のレーザー加工装置５は、上記光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１を光デバイス層２２から剥離するための剥離機構９を具備している。剥離機構９は、上記チャックテーブル６６に保持された光デバイスウエーハ２が剥離位置に位置付けられた状態でエピタキシー基板２１を吸着する吸着手段９１と、該吸着手段９１を上下方向に移動可能に支持する支持手段９２とからなっており、チャックテーブル機構６の一方の側に配設されている。吸着手段９１は、保持部材９１１と、該保持部材９１１の下側に装着された複数（図示の実施形態においては３個）の吸引パッド９１２a,９１２b,９１２cとからなっており、吸引パッド９１２a,９１２b,９１２cが図示しない吸引手段に接続されている。
上記レーザー加工装置５を用いて複合基板２００のエピタキシー基板２１の裏面側からバッファー層２３にエピタキシー基板２１に対しては透過性を有しバッファー層２３に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、バッファー層２３を破壊するバッファー層破壊工程を実施するには、図４に示すチャックテーブル６６を構成する吸引保持部材として機能するポーラスセラミックスヒーター６６２の上面、または図５に示すチャックテーブル６６を構成するチャックテーブル本体６６１の上部部材６６４の上面に上記複合基板２００の移設基板３側を載置する。そして、チャックテーブル６６を構成するポーラスセラミックスヒーター６６２またはラバーヒーター６６６に電力を印加して１００〜５００℃に加熱する。この結果、チャックテーブル６６上に吸引保持された複合基板２００が１００〜５００℃に加熱される（複合基板加熱工程）。従って、常温において僅かに湾曲していた複合基板２００を構成するエピタキシー基板２１と移設基板３とに生じるスプリングバックが緩和される。
上述した複合基板加熱工程を実施したならば、図示しない吸引手段を作動することによってチャックテーブル６６上に複合基板２００を吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル６６上に吸引保持された複合基板２００は、光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の裏面２１bが上側となる。このようにチャックテーブル６６上に複合基板２００を吸引保持したならば、加工送り手段６７を作動してチャックテーブル６６をレーザー光線照射手段８の集光器８４が位置するレーザー光線照射領域に移動する。そして、図６の（ａ）で示すようにチャックテーブル６６に保持された複合基板２００の光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の一端（図６の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段８の集光器８４の直下に位置付ける。次にレーザー光線照射手段８を作動して集光器８４からバッファー層２３にサファイアに対しては透過性を有しバッファー層２３に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル６６を図６の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図６の（c）で示すようにレーザー光線照射手段８の集光器８４の照射位置にエピタキシー基板２１の他端（図６の（c）において右端）が達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル６６の移動を停止する。このバッファー層破壊工程をバッファー層２３の全面に対応する領域に実施する。
なお、上記バッファー層破壊工程は、集光器８４をエピタキシー基板２１の最外周に位置付け、チャックテーブル６６を回転しつつ集光器８４を中心に向けて移動することによりバッファー層２３の全面にパルスレーザー光線を照射してもよい。
上記バッファー層破壊工程の加工条件は、次のように設定されている。
光源 ：YAGレーザー
波長 ：２５７nm
繰り返し周波数 ：５０kＨｚ
平均出力 ：０．１２W
パルス幅 ：１００ns
スポット径 ：φ７０μｍ
デフォーカス ：１．０mm（エピタキシー基板２１の裏面２１bにレー
ザー光線の集光点を位置付けた状態で集光器８４を１mm
エピタキシー基板２１に近づける。）
加工送り速度 ：６００ｍｍ／秒
上記加工条件によってバッファー層破壊工程を実施することにより、バッファー層２３が破壊される。上述したバッファー層破壊工程においては、レーザー光線照射手段８を作動して集光器８４からバッファー層２３にサファイアに対しては透過性を有しバッファー層２３に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射する前に、チャックテーブル６６上に吸引保持された複合基板２００を加熱して、常温において僅かに湾曲していた複合基板２００を構成するエピタキシー基板２１と移設基板３とに生じるスプリングバックを緩和する複合基板加熱工程を実施するので、エピタキシー基板２１および移設基板３のスプリングバックが生じることがないため、バッファー層２３を確実に破壊することができる。
上述したバッファー層破壊工程を実施したならば、複合基板２００のエピタキシー基板２１を剥離し、光デバイス層２２を移設基板３に移設する光デバイス層移設工程を実施する。即ち、チャックテーブル６６を剥離機構９が配設された剥離位置に移動し、図７の(a)に示すようにチャックテーブル６６に保持されている複合基板２００を吸着手段９１の直下に位置付ける。そして、図７の(b)に示すように吸着手段９１を下降してエピタキシー基板２１の裏面２１bに吸引パッド９１２a、９１２b、９１２cを接触させ、図示しない吸引手段を作動することにより吸引パッド９１２a、９１２b、９１２cによってエピタキシー基板２１の裏面２１bを吸着する（エピタキシー基板吸着工程）。
上述したエピタキシー基板吸着工程を実施したならば、エピタキシー基板２１を吸着した吸引パッド９１２a,９１２b,９１２cをエピタキシー基板２１から離反する方向に移動してエピタキシー基板２１を剥離し、光デバイス層２２を移設基板３に移設する剥離工程を実施する。即ち、上記図７の(b)に示すようにエピタキシー基板吸着工程を実施した状態から、図８に示すように吸着手段９１を上方に移動することにより、エピタキシー基板２１は光デバイス層２２から剥離される。この結果、光デバイス層２２が移設基板３に移し替えられたことになる。上記エピタキシー基板吸着工程および剥離工程とからなる光デバイス層移設工程が実施される複合基板２００は上記バッファー層破壊工程においてバッファー層２３が確実に破壊されているので、バッファー層２３が破壊されていない領域で剥離することはない。従って、バッファー層２３が破壊されていない領域で剥離が生じて光デバイス層２２が破壊され、光デバイスの品質の低下を招くという問題が解消する。
２：光デバイスウエーハ
２１：エピタキシー基板
２２：光デバイス層
２３：バッファー層
３：移設基板
４：接合金属層
２００：複合基板
５：レーザー加工装置
６：チャックテーブル機構
６６：チャックテーブル
６６２：ポーラスセラミックスヒーター
６６３：電源回路
６６６：ラバーヒーター
６７：加工送り手段
７：レーザー光線照射ユニット支持機構
７２：可動支持基台
８：レーザー光線照射手段
８３：集光点位置調整手段
８４：集光器
８５：撮像手段
９：剥離機構
９１：吸着手段
９１２a,９１２b,９１２c：吸引パッド

Claims (2)

  1. エピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法であって、
    光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合剤を介して移設基板を接合して複合基板を形成する複合基板形成工程と、
    複合基板のエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、
    該バッファー層破壊工程が実施された複合基板のエピタキシー基板を剥離し、光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含み、
    該バッファー層破壊工程は、複合基板を加熱してエピタキシー基板と移設基板とに生ずるスプリングバックを緩和させてレーザー光線をバッファー層に照射する、
    ことを特徴とするリフトオフ方法。
  2. 該バッファー層破壊工程において複合基板を加熱する温度は、１００〜５００℃に設定される、請求項１記載のリフトオフ方法。
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