JP2023146872A - レーザ光補正方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 スプリットレーザとラインレーザの位置の補正を精度よく行うことが可能なレーザ光補正方法を提供する。【解決手段】 レーザ光補正方法は、少なくともレーザ照射面がレーザ照射痕の検出がしやすい材料を含む位置合わせ用ワーク(W2)に対して、レーザ光学系(14)を加工送り方向に相対移動させながら、レーザ光学系を介してスプリットレーザをレーザ照射面に集光させて加工送り方向に沿って互いに平行な2条の第1溝を形成する縁切り加工を行い、レーザ光学系を介してラインレーザをレーザ照射面に集光させて第2溝を形成する中抜き加工を行うステップと、顕微鏡(20)により、第1溝と第2溝を検出するステップと、第1溝と第2溝の検出結果に基づいて、スプリットレーザとラインレーザの集光位置を補正するステップとを含む。【選択図】 図1

Description

本発明はレーザ光補正方法に係り、特にウェーハに対してレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工装置におけるレーザ光補正方法に関する。
半導体デバイスの製造分野では、シリコン等の基板の表面に低誘電率絶縁体被膜(Low-k膜)と回路を形成する機能膜とを積層した積層体により複数のデバイスを形成しているウェーハ(半導体ウェーハ)が知られている。このようなウェーハは、複数のデバイスが格子状のストリートによって格子状に区画されており、ウェーハを分割予定ラインに沿って分割することにより個々のデバイスが製造される。
Low-k膜は脆く剥離しやすい性質を有するため、ブレードを用いたダイシングでは、Low-k膜が剥離してデバイスに損傷を与える場合がある。このようなLow-k膜の脆弱性及び剥離性に対応するため、レーザアブレーション加工により、Low-k膜を分割する第1の溝を分割予定ラインの両側に2条形成した後に、2条の第1の溝の間に第2の溝を形成する方法が知られている(例えば、特許文献1)。
レーザアブレーション加工では、第1の溝を形成するためのスプリット形状のスプリットレーザと、第2の溝を形成するためのライン形状のラインレーザの2種類のレーザ光を用いる。このようなレーザアブレーション加工において、集光レンズが1つの場合には、スプリットレーザとラインレーザの形状を切り替えることにより、ウェーハ上での集光位置のズレが発生する可能性がある。一方、集光レンズが2つ以上ある場合には、形状の切り替えは不要であるが、集光レンズの相対位置のズレにより、ウェーハ上での集光位置のずれが発生する可能性がある。ウェーハ上で集光位置がずれると加工品質が悪化するため、この2種類のレーザ光の集光位置を調整する必要がある。
上記の点に関連して、特許文献1には、ウェーハのデバイス領域内の分割予定ラインに第1の溝を形成し、外周余剰領域内の分割予定ラインに第2の溝を形成することにより、第1の溝と第2の溝の位置を補正する方法が開示されている。
特開2015-154009号公報
特許文献1に記載の方法では、ウェーハの外周部余剰領域を加工するため、スプリットレーザとラインレーザの位置がずれていた場合に、一部ではあるが適切な形状でないレーザグルーブが形成されてしまう場合がある。不適切な形状のレーザグルーブがあると、レーザアブレーション加工後のブレード加工時においてブレードに偏摩耗が生じる原因となる可能性がある。
また、ウェーハによっては、パターン又はデブリの影響等によりレーザグルーブの位置を検出することが困難になる場合がある。このようなウェーハでは、レーザ光の集光位置を正しく補正できない虞がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、スプリットレーザとラインレーザの位置の補正を精度よく行うことが可能なレーザ光補正方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様に係るレーザ光補正方法は、少なくともレーザ照射面がレーザ照射痕の検出がしやすい材料を含む位置合わせ用ワークに対して、レーザ光学系を加工送り方向に相対移動させながら、レーザ光学系を介してスプリットレーザをレーザ照射面に集光させて加工送り方向に沿って互いに平行な2条の第1溝を形成する縁切り加工を行い、レーザ光学系を介してラインレーザをレーザ照射面に集光させて第2溝を形成する中抜き加工を行うステップと、顕微鏡により、第1溝と第2溝を検出するステップと、第1溝と第2溝の検出結果に基づいて、スプリットレーザとラインレーザの集光位置を補正するステップとを含む。
本発明の第2の態様に係るレーザ光補正方法は、第1の態様において、位置合わせ用ワークは、ポリイミド膜付きのウェーハ又はアライメントペーパーである。
本発明の第3の態様に係るレーザ光補正方法は、第1又は第2の態様において、縁切り加工及び中抜き加工を行う際に、スプリットレーザ及びラインレーザの一方を加工送り方向に走査し、スプリットレーザ及びラインレーザの他方を、加工送り方向に対して斜めの方向に走査する。
本発明の第4の態様に係るレーザ光補正方法は、第1又は第2の態様において、スプリットレーザ及びラインレーザをシングルパルスのレーザとして位置合わせ用ワークに集光させる。
本発明の第5の態様に係るレーザ光補正方法は、第1から第4の態様のいずれかにおいて、スプリットレーザとラインレーザのレーザ照射面上におけるラップ率を0にする。
本発明の第6の態様に係るレーザ光補正方法は、第1から第5の態様のいずれかにおいて、位置合わせ用ワークには、加工送り方向に沿って少なくとも2つのアライメントマークが形成されており、アライメントマークと第1溝及び第2溝の検出結果に基づいて、スプリットレーザとラインレーザの集光位置を補正する。
本発明の第7の態様に係るレーザ光補正方法は、第1から第6の態様のいずれかにおいて、位置合わせ用ワークは、加工対象のワークを保持するためのテーブルとは別のサブテーブルに保持される。
本発明によれば、スプリットレーザとラインレーザの位置の補正を精度よく行うことができる。
図1は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略図である。 図2は、加工対象のウェーハの平面図である。 図3は、奇数番目のストリートに沿ったレーザ加工を説明するための説明図である。 図4は、偶数番目のストリートに沿ったレーザ加工を説明するための説明図である。 図5は、テーブル及びサブテーブルの配置を示す平面図である 図6は、位置合わせ用ワークW2に縁切り加工及び中抜き加工を行った例を示す平面図である。 図7は、図6のVII部の拡大図である。 図8は、実施例1に係るレーザ光補正方法を説明するための図である。 図9は、実施例2に係る位置合わせ用ワークを示す平面図である。 図10は、実施例3に係るレーザ光補正方法を説明するための図である。
以下、添付図面に従って本発明に係るレーザ光補正方法の実施の形態について説明する。
[レーザ加工装置]
図1は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略図である。図1に示すように、レーザ加工装置1は、ウェーハW1を複数のチップC(図2参照)に分割する前の前工程として、ウェーハW1に対してレーザ加工(アブレーション溝加工)を施す。なお、図中のXYZ方向は互いに直交し、このうちX方向及びY方向は水平方向であり、Z方向は上下方向である。ここで、X方向は本発明の加工送り方向に相当する。
図2は、加工対象のウェーハW1の平面図である。図2に示すように、ウェーハW1は、シリコン等の基板の表面にLow-k膜と回路を形成する機能膜とを積層した積層体である。ウェーハW1は格子状に配列された複数のストリートS(分割予定ライン)によって複数の領域に区画されている。この区画された各領域にはチップCを構成するデバイスDが設けられている。
レーザ加工装置1は、図中の括弧付き数字(1)~(4)、・・・に示すように、ストリートSごとにストリートSに沿ってウェーハW1に対してレーザ加工を行うことで、基板上のLow-k膜等を除去する。
この際にレーザ加工装置1は、ウェーハW1のレーザ加工に要するタクトタイムを低減するために、ウェーハW1に対して後述のレーザ光学系14をX方向に相対移動させる際の相対移動方向をストリートSごとに交互に切り替える。
例えば、図中の括弧付き数字(1)、(3)、・・・に示す奇数番目のストリートSに沿ってレーザ加工を行う場合には、ウェーハW1に対してレーザ光学系14をX方向の一方向側である往路方向側X1に相対移動させる。また、図中の括弧付き数字(2)、(4)、・・・に示す偶数番目のストリートSに沿ってレーザ加工を行う場合には、ウェーハW1に対してレーザ光学系14をX方向の他方向側、すなわち往路方向側X1とは反対の復路方向側X2に相対移動させる。
図3は、奇数番目のストリートSに沿ったレーザ加工を説明するための説明図である。図4は、偶数番目のストリートSに沿ったレーザ加工を説明するための説明図である。
図3及び図4に示すように、本実施形態ではレーザ加工として縁切り加工及び中抜き加工が同時に(並行して)実行される。縁切り加工は、2本の第1レーザ光(スプリットレーザ)L1を用いて行うレーザ加工であって、且つストリートSに沿って互いに平行な2条の縁切り溝G1(2条の第1溝。アブレーション溝)を形成するレーザ加工である。
中抜き加工は、縁切り加工で形成された2条の縁切り溝G1の間に中抜き溝G2(第2溝。アブレーション溝)を形成するレーザ加工である。本実施形態では、この中抜き加工を、2本の第1レーザ光L1よりも太径の第2レーザ光(ラインレーザ)L2を用いて行う。
レーザ加工装置1では、ウェーハW1に対してレーザ光学系14を往路方向側X1に相対移動させたり或いは復路方向側X2に相対移動させたりする場合のいずれにおいても、縁切り加工を中抜き加工よりも先行して行う。
図1に示すように、レーザ加工装置1は、制御装置10と、第1レーザ光源12Aと、第2レーザ光源12Bと、レーザ光学系14と、顕微鏡20と、相対移動機構22とを備える。
図1に示すように、ステージ上には、2つのテーブル(テーブルT1及びサブテーブルT2)が設置されている。テーブルT1には加工対象のウェーハ(製品ワーク)W1がロードされて保持される。一方、サブテーブルT2には位置合わせ用ワークW2がロードされて保持される。
本実施形態では、サブテーブルT2上に保持された位置合わせ用ワークW2に対して、第1レーザ光L1及び第2レーザ光L2を用いてレーザ加工を行い、加工位置のズレ補正を行う。
ここで、位置合わせ用ワークW2は、少なくともレーザ照射面(表面)がレーザ照射痕(グルーブ)の検出がしやすい材料を含むものであることが好ましい。位置合わせ用ワークW2としては、例えば、ポリイミド膜付きのウェーハ(例えば、シリコンウェーハ)、又はアライメントペーパー(例えば、バーンペーパー又はレーザ感熱紙)等を用いることができる。また、位置合わせ用ワークW2としては、レーザが照射される表面の反射率が高いワーク、例えば、表面が鏡面加工されたワークを用いてもよい。
ステージSTは、制御装置10の制御の下、相対移動機構22によりX方向及びY方向に沿って移動し、Z軸周りに回転する。
第1レーザ光源12Aは、縁切り加工に適した条件(波長、パルス幅、及び繰り返し周波数等)のパルスレーザ光であるレーザ光LAをレーザ光学系14へ出射する。第2レーザ光源12Bは、中抜き加工に適した条件(波長、パルス幅、及び繰り返し周波数等)のパルスレーザ光であるレーザ光LBをレーザ光学系14へ出射する。
レーザ光学系14は、第1レーザ光源12Aからのレーザ光LAに基づき縁切り加工用の2本の第1レーザ光L1を形成する。また、レーザ光学系14は、第2レーザ光源12Bからのレーザ光LBに基づき中抜き加工用の1本の第2レーザ光L2を形成する。そして、レーザ光学系14は、2本の第1レーザ光L1を第1集光レンズ16からストリートSに向けて出射(照射)する。また、レーザ光学系14は、制御装置10の制御の下、第2レーザ光L2を第2集光レンズ18A又は18Bから選択的にストリートSに向けて出射(照射)する。
さらに、レーザ光学系14は、制御装置10の制御の下、相対移動機構22によりY方向及びZ方向に移動される。
顕微鏡20は、レーザ光学系14に固定されており、レーザ光学系14と一体に移動する。顕微鏡20は、縁切り加工及び中抜き加工の前に、ウェーハW1に形成されているアライメント基準(図示は省略)を撮影する。また、顕微鏡20は、縁切り加工及び中抜き加工によりストリートSに沿って形成された2条の縁切り溝G1及び中抜き溝G2の撮影を行う。顕微鏡20により撮影された撮影画像(画像データ)は、制御装置10へ出力され、この制御装置10により不図示のモニタに表示される。
相対移動機構22は、XYZアクチュエータ及びモータを含んでおり、制御装置10の制御の下、ステージSTのXY方向の移動及び回転軸を中心とする回転と、レーザ光学系14のZ方向の移動とを行う。これにより、相対移動機構22は、ステージST及びウェーハW1に対してレーザ光学系14を相対移動させることができる。なお、ステージST(ウェーハW1)に対してレーザ光学系14を各方向(回転を含む)に相対移動可能であればその相対移動方法は特に限定はされない。
相対移動機構22を駆動することで、加工対象のストリートSの一端である加工開始位置に対するレーザ光学系14の位置合わせ(アライメント)と、ストリートSに沿ったX方向(往路方向側X1又は復路方向側X2)のレーザ光学系14の相対移動とを実行することができる。また、相対移動機構22を駆動して、ステージSTを90°回転させることで、ウェーハW1のY方向に沿った各ストリートSを加工送り方向であるX方向に平行にすることができる。
制御装置10は、例えば、パーソナルコンピュータにより構成され、各種のプロセッサ(例えば、CPU(Central Processing Unit)又はGPU(Graphics Processing Unit)等)、メモリ及びストレージデバイスを備える。なお、制御装置10の各種機能は、1つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。制御装置10は、第1レーザ光源12A、第2レーザ光源12B、レーザ光学系14、顕微鏡20及び相対移動機構22等の動作を統括的に制御する。
図5は、テーブルT1及びサブテーブルT2の配置を示す平面図である。図5に示すように、本実施形態では、加工対象のウェーハW1を保持するためのテーブルT1の近傍に、位置合わせ用ワークW2を保持するためのサブテーブルT2が設けられている。なお、図5に示す符号Fは、ウェーハW1を保持するためのフレームである。
図5に示す例では、サブテーブルT2はステージST上に設けられており、テーブルT1とともに移動可能となっているが、本発明はこれに限定されない。サブテーブルT2をステージST上に設けず、テーブルT1とは独立して移動可能としてもよい。
図6は、位置合わせ用ワークW2に縁切り加工及び中抜き加工を行った例を示す平面図であり、図7は、図6のVII部の拡大図である。
位置補正を行う場合、まず、位置合わせ用ワークW2の表面に縁切り加工及び中抜き加工を行って、2条の縁切り溝G1及び中抜き溝G2をX方向に沿って形成する。
次に、顕微鏡20により、2条の縁切り溝G1及び中抜き溝G2を撮影し、制御装置10により、2条の縁切り溝G1及び中抜き溝G2のY方向の位置(Split Y位置及びLine Y位置)を検出する。
次に、制御装置10は、Split Y位置及びLine Y位置の検出結果に基づいてレーザ光学系14を調整する。すなわち、中抜き溝G2(Line Y位置)が2条の縁切り溝G1(Split Y位置)内に収まり、かつ、2条の縁切り溝G1と一部重なるように、第1レーザ光(スプリットレーザ)L1及び第2レーザ光(ラインレーザ)L2の照射位置を調整する。図7に示すように、2条の縁切り溝G1の縁部のY座標をYs1、Ys2、Ys3及びYs4とし、中抜き溝G2の縁部のY座標をYl1及びYl2とした場合に、Ys1>Yl1>Ys2かつYs3>Yl2>Ys4となるように、第1レーザ光(スプリットレーザ)L1及び第2レーザ光(ラインレーザ)L2の照射位置を調整する。
なお、レーザ光の位置補正では、第1レーザ光L1及び第2レーザ光L2の照射位置に加えて、第2レーザ光L2のビーム径又は強度を調整して中抜き溝G2の幅を調整してもよい。
本実施形態によれば、第1レーザ光(スプリットレーザ)L1の集光位置と第2レーザ光(ラインレーザ)L2の集光位置がずれた状態で加工対象のウェーハW1を加工することを防止することができる。
また、本実施形態では、位置合わせ用ワークW2として、第1レーザ光(スプリットレーザ)L1により形成された溝と第2レーザ光(ラインレーザ)L2により形成された溝を容易に検出することが可能なワークを選択することができるので、集光位置ズレを確実に検出することができる。
なお、本実施形態に係るレーザ光補正方法では、下記の実施例1~3を組み合わせて適用することが可能である。
[実施例1]
図8は、実施例1に係るレーザ光補正方法を説明するための図である。
実施例1では、位置合わせ用ワークW2を加工する際に、第2集光レンズ18A又は18BをY方向に移動させることにより、第2レーザ光(ラインレーザ)L2をY方向に走査して斜め切りを行う。
次に、顕微鏡20により、2条の縁切り溝G1及び中抜き溝G2を撮影し、2条の縁切り溝G1及び中抜き溝G2の位置を検出する。そして、2条の縁切り溝G1の間の等距離線(中心線)Ycsが、中抜き溝G2の中心線Yclと交差する点Poにおける第2集光レンズ18A又は18BのY方向位置Yoを求める。
ウェーハW1の加工を行う際には、第2集光レンズ18A及び18BのY方向位置をPoに合わせることにより、第1レーザ光(スプリットレーザ)L1の集光位置と第2レーザ光(ラインレーザ)L2の集光位置がずれた状態で加工対象のウェーハW1を加工することを防止することができる。
なお、斜め切りを行う場合、縁切り加工及び中抜き加工を並行して行わなくてもよい。例えば、第1レーザ光(スプリットレーザ)L1をX方向に沿って形成した後に、第2集光レンズ18A又は18B若しくは照明光学系14を移動させながら斜め切りを行ってもよい。
また、上記の例とは逆に、中抜き溝G2をX方向に沿って形成し、2条の縁切り溝G1を斜め切りにより形成してもよい。
[実施例2]
図9は、実施例2に係る位置合わせ用ワークを示す平面図である。
実施例2に係る位置合わせ用ワークW2aとして、アライメントマークM1が形成されたものを用いる。図9に示す例では、アライメントマークM1は十字状であり、少なくとも一対(2つ)形成されている。
レーザ照射位置補正を行う場合、相対移動機構22により、一対のアライメントマークM1の配列方向を加工送り方向(X方向)と一致させた状態で、縁切り加工及び中抜き加工を行い、2条の縁切り溝G1及び中抜き溝G2を形成する。そして、一対のアライメントマークM1を結ぶ線分と、2条の縁切り溝G1及び中抜き溝G2のX方向に沿う中心線とのY方向ズレ量δを算出し、Y方向ズレ量δに基づいて、第1レーザ光(スプリットレーザ)L1及び第2レーザ光(ラインレーザ)L2の照射位置を補正する。
なお、位置合わせ用ワークW2aがポリイミド膜付きのウェーハの場合には、アライメントマークM1は、例えば、ポリイミド膜の一部を除去することにより形成することができる。位置合わせ用ワークW2aがアライメントペーパーの場合には、アライメントマークM1は、例えば、印刷により形成することができる。
実施例2によれば、アライメントマーク付きの位置合わせ用ワークW2aを用いることで、第1レーザ光(スプリットレーザ)L1及び第2レーザ光(ラインレーザ)L2の相対位置に加えて、加工狙い位置と実加工位置のずれ量を測定して補正することができる。
[実施例3]
図10は、実施例3に係るレーザ光補正方法を説明するための図である。
実施例3では、位置合わせ用ワークW2を加工する際に、第1レーザ光(スプリットレーザ)L1及び第2レーザ光(ラインレーザ)L2としてシングルパルスのレーザを照射するか、又は第1レーザ光L1及び第2レーザ光L2のラップ率を0にした加工を行う。これにより、図10に示すように、各レーザ光の1パルスの2次元の加工形状を事前に検査することができる。
図10では、第1レーザ光L1及び第2レーザ光L2の照射位置のラップ率を0とし、シングルパルスの第1レーザ光L1及び第2レーザ光L2を照射した例を示している。
図10の符号Sp1及びSp2は、第1レーザ光L1としてシングルパルスのレーザを照射した例を示しており、符号L1及びL2は、第2レーザ光L2としてシングルパルスのレーザを照射した例を示している。
図10に示すように、例Sp1及び例L1では、レーザ1パルスの加工痕の加工形状が各々の中心(重心)に対して略点対称となっている。
これに対して、例Sp2及び例L2では、レーザ1パルスの加工痕の加工形状が各々の中心(重心)に対して非対称となっている。例Sp2及び例L2のように、レーザ1パルスの加工痕の加工形状が歪んでいる場合にX方向に加工送りを行うと、2条の縁切り溝G1及び中抜き溝G2の深さ及び幅が不均等になる場合がある。このため、レーザ1パルスの加工痕の加工形状が各々の中心(重心)に対して略点対称になるように、第1レーザ光L1及び第2レーザ光L2の照射位置、ビーム径又は強度、第1集光レンズ16の向き並びに第2集光レンズ18A及び18Bの向きを調整する。
実施例3によれば、シングルパルスの加工形状を調整することにより、スプリットレーザとラインレーザの補正をより効果的に行うことができる。
また、実施例3では、例えば、白色干渉顕微鏡を用いて、レーザ1パルスの加工痕の3次元形状の測定を行い、加工深さ、3次元形状なども含めた検査を事前にできるようにしてもよい。
[変形例]
なお、上記の実施形態では、位置合わせ用ワークW2を保持するためのサブテーブルT2を設けたが、サブテーブルT2を省略することも可能である。すなわち、加工対象のウェーハW1に代えて、位置合わせ用ワークW2をテーブルT1にロードし、位置合わせ用ワークW2に対して、第1レーザ光L1及び第2レーザ光L2を用いてレーザ加工を行い、加工位置のズレ補正を行う。その後、加工対象のウェーハW1テーブルT1にロードしてレーザ加工を行う。
変形例によれば、第1レーザ光L1及び第2レーザ光L2の位置ズレ補正に当たって、サブテーブルT2を省略することができる。
1…レーザ加工装置、10…制御装置、12A…第1レーザ光源、12B…第2レーザ光源、14…レーザ光学系、16…第1集光レンズ、18A、18B…第2集光レンズ、20…顕微鏡、22…相対移動機構、T1…テーブル、T2…サブテーブル

Claims (7)

  1. 少なくともレーザ照射面がレーザ照射痕の検出がしやすい材料を含む位置合わせ用ワークに対して、レーザ光学系を加工送り方向に相対移動させながら、前記レーザ光学系を介してスプリットレーザを前記レーザ照射面に集光させて前記加工送り方向に沿って互いに平行な2条の第1溝を形成する縁切り加工を行い、前記レーザ光学系を介してラインレーザを前記レーザ照射面に集光させて第2溝を形成する中抜き加工を行うステップと、
    顕微鏡により、前記第1溝と前記第2溝を検出するステップと、
    前記第1溝と前記第2溝の検出結果に基づいて、前記スプリットレーザと前記ラインレーザの集光位置を補正するステップと、
    を含むレーザ光補正方法。
  2. 前記位置合わせ用ワークは、ポリイミド膜付きのウェーハ又はアライメントペーパーである、請求項1に記載のレーザ光補正方法。
  3. 前記縁切り加工及び前記中抜き加工を行う際に、前記スプリットレーザ及び前記ラインレーザの一方を前記加工送り方向に走査し、前記スプリットレーザ及び前記ラインレーザの他方を、前記加工送り方向に対して斜めの方向に走査する、請求項1又は2に記載のレーザ光補正方法。
  4. 前記スプリットレーザ及び前記ラインレーザをシングルパルスのレーザとして前記位置合わせ用ワークに集光させる、請求項1又は2に記載のレーザ光補正方法。
  5. 前記スプリットレーザと前記ラインレーザの前記レーザ照射面上におけるラップ率を0にする、請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザ光補正方法。
  6. 前記位置合わせ用ワークには、前記加工送り方向に沿って少なくとも2つのアライメントマークが形成されており、
    前記アライメントマークと前記第1溝及び前記第2溝の検出結果に基づいて、前記スプリットレーザと前記ラインレーザの集光位置を補正する、請求項1から5のいずれか1項に記載のレーザ光補正方法。
  7. 前記位置合わせ用ワークは、加工対象のワークを保持するためのテーブルとは別のサブテーブルに保持される、請求項1から6のいずれか1項に記載のレーザ光補正方法。
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