JP4217875B2 - ウェハ搬送装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファンフィルタユニットを有する筐体内で用いられるウェハ搬送装置に関するもので、ロボットが特に水平方向に移動する際にウェハ近辺で気流が乱れないようにするウェハ搬送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりウェハ搬送装置は公知であり、ウェハ搬送装置を収納する筐体幅の増加を防ぐために、筐体の内部にポッドステージと上中下段のポッド棚とポッドオープナの載置台とを同一の垂直面内に含まれるように配置し、ポッドステージと各ポッド棚との間や、各ポッド棚とポッドオープナとの間でポッドを搬送するポッド搬送装置をポッドステージとポッドオープナとの間に設置するものは知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２４６４３６号公報
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載のウェハ搬送装置は水平方向に移動することは行っておらず、したがってウェハ搬送装置が水平方向に移動する際の問題については全く触れていない。
図７は本発明の前提となる水平方向に移動することのできるウェハ搬送装置の概念斜視図である。図の（ａ）〜（ｃ）は、ウェハ搬送装置が水平方向に移動する前（ａ）、移動後（ｂ）、垂直方向に移動中（ｃ）をそれぞれ表している。
図７において、１００はウェハ搬送装置、１は筐体、２はファンフィルタユニット（以下、ＦＦＵと称す）、３は昇降用機台、４はウエハ載置装置、５は水平駆動装置、６は昇降駆動装置をそれぞれ表している。なお、想像線で描く７はウェハを収納するロボットである。
図で、ＡとＢはそれぞれ筐体１の横と縦の長さ、ａとｂはそれぞれ昇降用機台３の横と縦の長さである。したがって、Ａ×Ｂは筐体１の横と縦の作る長方形の面積、ａ×ｂは昇降用機台３の横と縦の作る長方形の面積となる。
図７に示すように、筐体１は内部に大きな直方体の空間があり、この空間内において半導体ウエハに不純物を拡散したり、絶縁膜や金属膜を形成する各種処理装置（図示なし）が配備されている。
これらの各種処理装置間で半導体ウエハを搬送するように、半導体ウエハをロボット７に収納し、ロボット７がウエハ載置装置４によって筐体１内を水平および垂直方向に目標の処理装置まで搬送されて、ウエハをその処理装置の処理テーブル上へ届ける。
筐体１の内部空間を水平方向に移動できるように、例えば水平駆動装置５を、垂直方向に移動できるように、例えば昇降駆動装置６を備えている。
また、天井面にダウンフローを供給するためのＦＦＵと、底面または側面にＦＦＵから供給されたダウンフローを排出する吐出し口（図示なし）を有している。
ＦＦＵ２は、筐体１の天井面に敷設された格子状天井フレームに複数台設置されている。このＦＦＵを駆動すると、天井チャンバ（図示なし）のエアがフィルタによって除塵され清浄エアとなって筐体１たるクリーンルームに供給される。供給された清浄エアはダウンフローされて筐体１の塵埃とともに筐体１下面の床から床下チャンバ（図示なし）に吸い込まれる。床下チャンバに吸い込まれたエアは、一部が筐体１外に排気され、残りが循環路を介して天井チャンバに導かれる。天井チャンバに導かれたエアは前記ＦＦＵにより除塵されて再び筐体１に供給される。これにより筐体１が清浄な空間に維持される。
【０００５】
昇降用機台３は、筐体１の内部空間の床から天井に亘って横方向全面に広がる矩形板で、筐体１の上部に備え付けの水平駆動装置５によって昇降用機台３が自らこの空間内を水平方向Ｙに移動可能となっている。
また、この昇降用機台３にはウエハ載置装置を垂直方向に移動するための昇降駆動装置６が備わっている。水平駆動装置５および昇降駆動装置６は後述のボールねじ駆動機構やベルト駆動機構を用いてモータからの伝達を行なうことにより実現できる。
なお、従来の昇降用機台３には通気穴は一切設けられていない。
【０００６】
ウエハ載置装置４は、ウェハを収納するロボット７を載置して筺体１内を水平および垂直方向に移動するもので、昇降用機台３の上下に延びるボールねじ軸にウエハ載置装置４の一端（スライダ部分）が噛み合う構成となっており、垂直方向に移動可能に昇降用機台３に取り付けられている。なお、この他にウエハ載置装置４を安定して昇降用機台３上に沿って移動するためにウエハ載置装置４の他端に図示しないウエハ載置装置を案内支持するためのガイド部材等がボールねじ軸に平行に設けられている。
ウエハ載置装置４の水平移動は、水平駆動装置５により昇降用機台３自体が水平移動することで、昇降用機台３に固定されたウエハ載置装置４も水平移動する。
水平駆動装置５は、図７（ｃ）に見られるように、筐体１の上部隅部に固定のモータ５１とモータ５１に直結のボールねじ軸５２とボールねじ軸５２に平行に置かれたガイド部材５３とで構成される。ボールねじ軸５２とガイド部材５３はそれぞれ昇降用機台３の対向箇所に穿たれた穴を通って対向壁面に固定されている。ボールねじ軸５２の通る穴はネジ穴が形成されており、ガイド部材５３の通る穴は緩い穴で形成されている。これによってモータ５１の回転で昇降用機台３は水平方向Ｘの一方に移動し、モータ５１の逆転で昇降用機台３は逆方向に移動する。
なお、昇降用機台３の底部にはキャスターやベアリングを埋め込み、筐体１の床に敷設したレール１１の上を走行するようにしておくと、ボールねじ軸５２の負荷荷重が軽減され、したがってモータ５１の負荷が軽くなる。
【０００７】
昇降駆動装置６は、図（ｃ）に見られるように、昇降用機台３の下部隅部に固定のモータ６１とモータ６１に直結のボールねじ軸６２とで構成される。ボールねじ軸６２はウエハ載置装置４の側面に設けられたスライダ４１穿たれたネジ穴を通って昇降用機台３の上部隅部から延設するアーム３１に回転可能に固定されている。昇降用機台３の下部にはウエハ載置装置４のそれ以上の降下を阻止するストッパ３２が設けられている。これによってモータ６１の回転でウエハ載置装置４は垂直方向Ｙの一方（例えば上方向）に移動し、モータ６１の逆転で逆（下）方向に移動する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
次に、図７を用いて、ウエハ載置装置の移動について説明する。
（ａ）はウエハ載置装置４が水平方向に移動する前を表し、ウエハ載置装置４は図で筐体１内の最下端、手前に位置している。
モータ５１の回転により昇降用機台３は水平方向Ｘに移動し、したがってウエハ載置装置４も図で筐体１内の最下端、奥に到着している（ｂ）。
次に、モータ６１の回転によりウエハ載置装置４は昇降用機台３に沿って垂直方向Ｙに上昇開始し、モータ６１の停止により所望の高さで静止する（ｃ）。
従来のウエハ載置装置４は、このように水平・垂直に移動可能となっているものの、特にウエハ載置装置４が水平方向に移動するに伴って、昇降用機台３も水平に移動するのでウェハ近辺の気流を乱していた。
図８は昇降用機台が水平方向に最高動作速度Ｖ１＝０．５（ｍ／ｓ）で移動する際の筐体中央断面での気流の大きさを示す図である。
（ａ）は本発明に係る昇降用機台（後述）、（ｂ）は図７のウエハ載置装置の気流を示す図である。図（ｂ）において、１は筐体、３は昇降用機台で図の右から左に速度Ｖ１＝０．５（ｍ／ｓ）で移動中である。７はウエハ載置装置に載置されたロボットである。９１は天井から吹き込まれるクリーンエアの気流で、０．５ｍ／ｓであった。９２は昇降用機台３の下方を通って昇降用機台３の裏側に回り込む気流で、測定によると２．０ｍ／ｓ以上であった。９３は昇降用機台３の上方を通って昇降用機台３の裏側に回り込む気流で、同じく２．０ｍ／ｓであった。９４は昇降用機台３の側方を通って昇降用機台３の裏側に回り込む気流で、同じく２．０ｍ／ｓであった。
このようにウェハ近辺の気流を大きく乱す理由は、図７（ａ）で示す筐体１の水平方向の断面積（Ａ×Ｂ）に対して、昇降用機台３の稼動部の断面積（ａ×ｂ）が占める割合が高いため、空気が筐体１と昇降用機台３の隙間から高速に漏れ出し、昇降用機台３の背面での大規模な後流を発生させ、気流を乱すためであることが判明した。そして筐体１内に存在するパーティクルは、この気流の乱れによって拡散するため、高クリーン度を維持できなくなった。
そこで、本発明はこれらの課題を解決するためになされたもので、本発明は筐体とウエハ載置装置の隙間から漏れ出す高速な気流を緩和することで、気流の乱れを抑制し、高クリーン度を維持することのできるウエハ載置装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本願請求項１記載のウェハ搬送装置は、内部に横Ａと縦Ｂの直方体空間を有するクリーンルームを構成しかつこのクリーンルームの天井から内部にクリーンエアの気流が吹き込まれる直方体筐体と、該筐体の直方体空間内に上下左右に僅かの空隙を空けて配置されると共に、水平駆動装置のガイド部材に案内支持された横ａ（Ａ＞ａ）と縦ｂ（Ｂ＞ｂ）の長方形を有する長方形昇降用機台と、該長方形昇降用機台に設けられた昇降駆動装置のガイド部材に案内支持されつつ、ウエハを収納するロボットを載置するウエハ載置装置とから成り、該ロボットを水平移動かつ昇降移動自在に搬送し、かつ前記水平移動の際、前記長方形昇降用機台の進行方向前方の筐体内空気がＡ−ａおよびＢ−ｂの空隙を通って前記長方形昇降用機台の後方へ移動するウェハ搬送装置において、
前記長方形昇降用機台が通気穴を有し、
かつ、前記通気穴が式（１）の条件式を満足することを特徴とする。
Ｓ１＝Ｓ２×α×Ｖ ・・・（式１）
ただし、Ｓ１：水平方向の通気穴断面積（ｍ ^２ ）
Ｓ２：ａ×ｂの面積（ｍ ^２ ）
α：補正係数で０．２〜０．４（ｓ／ｍ）
Ｖ：水平方向の稼動部最高動作速度（ｍ／ｓ）
請求項２記載の発明は、請求項１記載のウェハ搬送装置において、前記補正係数αの範囲が式（２）の条件式を満足することを特徴とする。
０．２７≦α≦０．３３ ・・・（式２）
このような構成にすることにより、筐体とウエハ載置装置の隙間から漏れ出す高速な気流を緩和することができ、気流の乱れを抑制して高クリーン度を維持することができるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面に基づいて詳細に説明する。
〈第１の実施の形態〉
まず、第１の実施の形態に係るウェハ搬送装置について、図１に基づいて説明する。図において、水平および垂直方向の移動装置は見易くするため図示を省略している。また、図７と同じ符号は同一物を指している。３’は本発明に係る昇降用機台で、本発明による通気穴３Ａを有する点が図７の昇降用機台３とは異なっている。９２’は昇降用機台３’の下方を通って昇降用機台３’の裏側に回り込む気流、９３’は昇降用機台３’の上方を通って昇降用機台３’の裏側に回り込む気流、９４’は昇降用機台３’の側方を通って昇降用機台３’の裏側に回り込む気流、９６は昇降用機台３’の通気穴３Ａを通って昇降用機台３’の裏側に回り込む気流である。
図において、筐体１内の奥にある昇降用機台３’が矢印方向（すなわち手前へ）へ移動するとき、従来装置における気流９２，９３，９４に対応する気流９２’、９３’、９４’が昇降用機台３’の裏側に回り込む他に、気流９６が昇降用機台３’の通気穴３Ａを通って昇降用機台３’の裏側に回り込むため、気流が分散され、各気流自体の流れは低速となる。
このように本発明の第１の実施の形態によれば昇降用機台３’に通気穴３Ａを設けたことにより、筐体１の水平方向の断面積に対して、昇降用機台３’の稼動部の断面積が占める割合が低くなるため、空気が低速で漏れ出るようになり、したがって昇降用機台３’の背面での大規模な後流も発生せず、気流が乱れないため、筐体１内に存在するパーティクルは拡散しなくなり、高クリーン度が維持できる。
そしてその通気穴３Ａは、種々の実験の結果、式（１）の条件式を満足する大きさが適切であることが確認された。
Ｓ１＝Ｓ２×α×Ｖ ・・・（式１）
ただし、Ｓ１：水平方向の通気穴断面積（ｍ²）
Ｓ２：水平方向の稼動部断面積（ｍ²）
α：補正係数で０．２〜０．４（ｓ／ｍ）
Ｖ：水平方向の稼動部最高動作速度（ｍ／ｓ）
【００１１】
前記式（１）および（２）を満たす範囲の通気穴断面積を空けて実験した結果、図８（ａ）において、水平方向の稼動部最高動作速度Ｖ１＝０．５（ｍ／ｓ）で、通気穴断面積／昇降用機台断面積が１４（％）のときの天井からの気流９１’、昇降用機台３’の下方からの気流９２’、昇降用機台３’の上方からの気流９３’、昇降用機台３’の側方からの気流９４’、および通気穴３Ａを通る気流９６はどれもほぼ１．０ｍ／ｓとなった。
このように本発明によれば、通気穴３Ａを通って流れる気流９６が新たに追加形成されるため、ウェハ近辺の気流が大きく乱れなくなり、したがって筐体１内に存在するパーティクルはこの程度の気流によっては拡散できなくなるので、高クリーン度を維持することができた。
【００１２】
〈第２の実施の形態〉
次に、第２の実施の形態に係るウェハ搬送装置について、図２に基づいて説明する。図において、図７と同じ符号は同一物を指し、したがって説明は省略する。また、水平および垂直方向の移動装置は図示を省略して見易くしている。
図２のウェハ搬送装置が図１のウェハ搬送装置と異なる点は、昇降用機台３”が第１の実施の形態に係る通気穴３Ａよりも大きな通気穴３Ｂを有することである。図２のウェハ搬送装置の通気穴３Ｂが図１の通気穴３Ａよりも大きくした理由は、図２の昇降用機台３”の最高動作速度Ｖ２が図１の昇降用機台３’の最高動作速度Ｖ１よりも大きいからである。
このように本発明の第２の実施の形態に係るウェハ搬送装置は、昇降用機台の水平方向の移動速度の大きさによって、通気穴の大きさを変えることにある。
【００１３】
図３は解析から求めた気流を乱さないための通気穴と昇降用機台の移動速度の関係を示す相関図である。図において、縦軸は昇降用機台の断面積に対する通気穴断面の占有率（％）、横軸は昇降用機台の移動速度（ｍ／ｓ）である。
ハッチングで示す範囲がパーティクルが拡散しない範囲である。補正係数αの範囲は気流の変動分を考慮したもので、種々の実験により補正係数αは０．２〜０．４（ｓ／ｍ）、さらに好ましくは０．２７≦α≦０．３３がよいことが判った。図ではα１＝０．３３、α２＝０．２７、α０＝０．３の場合を示している。
例えば、昇降用機台の水平方向の最高移動速度が０．５（ｍ／ｓ）の場合は、通気穴断面積は１０〜２０（％）がよく、最高移動速度が１．０（ｍ／ｓ）の場合は、通気穴断面積は２５〜３４（％）がよいことがこの図から判る。
【００１４】
図４は図３の図表を用いて作成されたウェハ搬送装置の実験結果を示す図である。（ａ）は通気穴断面積０．０７４（ｍ²／ｓ）（昇降用機台３’の断面積の１４％）、水平方向の最高移動速度＝０．５（ｍ／ｓ）で、（ｂ）は通気穴断面積０．１４（ｍ²／ｓ）（昇降用機台３”の断面積の３０％）、水平方向の最高移動速度＝１（ｍ／ｓ）である。
図（ａ）において、昇降用機台３’の下方を通って昇降用機台３’の裏側に回り込む気流９５および昇降用機台３’の裏側に回り込む気流９６は１．０ｍ／ｓとなり、通気穴３Ａの効果でウェハ近辺の気流が小さくなった。
したがって筐体１内に存在するパーティクルはこの程度に気流によっては拡散できなくなり、高クリーン度を維持することができた。
図（ｂ）において、昇降用機台３”の下方を通って昇降用機台３”の裏側に回り込む気流９７および昇降用機台３”の裏側に回り込む気流９８は１．０ｍ／ｓとなり、最高速度Ｖ２が大きくなっても、これに伴って通気穴３Ｂも大きく形成されたことによりウェハ近辺の気流が小さくなった。したがって筐体１内に存在するパーティクルはこの程度に気流によっては拡散できなくなり、高クリーン度を維持することができた。
【００１５】
図５は本発明の水平駆動装置あるいは昇降駆動装置が採用するボールねじ機構駆動装置の１例を示す平面図である。
図において、ボールねじ駆動装置５は水平軸サーボモータ５１と、この水平軸サーボモータ５１の駆動によって回転する一対の軸受部材５５，５６に軸支されたボールねじ軸５２と、このボールねじ軸５２に螺着されてガイド部材５３に案内されつつボールねじ軸５２の回転で正・逆移動する昇降用機台３と、昇降用機台３の位置を検出するために水平軸サーボモータ５１に付設されたエンコーダ５４と、エンコーダ５４からの検出信号に基づいて水平軸サーボモータ５１に向けて制御信号を出力する制御装置７０とから構成されている。
制御装置７０は昇降用機台３の全体的な制御を行うＣＰＵ７２と、このＣＰＵ７２に設けられた主記憶装置７１と、水平軸サーボモータ５１の駆動制御を行うサーボコントローラ７３と、このサーボコントローラ７３に設けられた記憶装置７４とから構成されている。主記憶装置７１には、水平軸サーボモータ５１の駆動を制御するプログラムが記憶されている。
ＣＰＵ７２は、ボールねじ駆動装置５の稼働が開始されると主記憶装置７１が記憶しているプログラムを取り込んで制御可能状態となり、エンコーダ５４から入力された情報に基づいて水平軸サーボモータ５１上の昇降用機台３の位置を決め、これを基に上記プログラムが実行され、水平軸サーボモータ５１の回転数が演算される。この演算結果は制御信号として記憶装置７４に記憶された後、サーボコントローラ７３からはこの制御信号に基づく駆動信号が水平軸サーボモータ５１に向けて出力され、これによる水平軸サーボモータ５１の駆動でボールねじ軸５２は駆動信号で示される回転数で回転し、昇降用機台３はこの回転数に対応した速度で移動する。
以上は水平駆動装置５について詳述したが、昇降駆動装置６については移動方向が異なるだけで原理は全く同様である。
【００１６】
図６は本発明が採用することのできるベルト駆動装置の１例を示す斜視図である。図において、昇降用機台３は水平梁８１の上に移動可能に載置されている。昇降用機台３から下方に下方部材３５が延設し、その先端にベルト８３とピン３６で固定されている。
一方、水平梁８１の両端にプーリ７１を回転可能に取り付けたプーリ固定部材８２を固定している。この両方のプーリ７１間にベルト８３が巻回されている。２つのプーリ７１の一方にこのプーリ７１の軸と直結されるサーボモータ５１が設けられ、サーボモータ５１のエンコーダ５４が備えられている。サーボモータ５１およびエンコーダ５４には、エンコーダ５４からの検出信号に基づいて水平軸サーボモータ５１に向けて制御信号を出力する制御装置７０が接続されている。
制御装置７０の内部構成および機能は図５のそれと同一であるので、説明は省略する。
サーボモータ５１の回転によりプーリ７１が回転し、これによってプーリ７１に巻回されているベルト８３が回動し、したがってベルト８３にピン３６で固定された下方部材３５が移動し、昇降用機台３が移動する。
また、サーボモータ５１の逆転により、昇降用機台３が逆方向に移動する。
なお、水平駆動装置、垂直駆動装置の各駆動機構にボールねじと回転モータ、ベルトと回転モータの例を示したが、これらに替えてリニアモータを採用しても構わない。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、内部に空間を有するクリーンルームを構成する筐体と、該筐体の空間内に上下左右に僅かの空隙を空けて配置されると共に、水平駆動装置のガイド部材に案内支持された昇降用機台と、該昇降用機台に設けられた昇降駆動装置のガイド部材に案内支持されつつ、ウエハを収納するロボットを載置するウエハ載置装置とから成り、該ロボットを水平移動かつ昇降移動自在に搬送するようにしたウェハ搬送装置において、前記昇降用機台に通気穴を設けることとし、その通気穴が上記実施の形態記載の式（１）の条件式を満足するようにした。さらに、補正係数αの範囲を上記実施の形態記載の式（２）の条件式を満足するようにしたので、昇降用機台とウェハ搬送装置の隙間から漏れ出す気流の流速を軽減することができ、したがって気流の乱れを抑制し、高クリーン度が維持できるウェハ搬送装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るウェハ搬送装置の構成図である。
【図２】第２の実施の形態に係るウェハ搬送装置の構成図である。
【図３】解析から求めた気流を乱さないための通気穴と昇降用機台の移動速度の関係を示す相関図である。
【図４】図３の図表を用いて作成されたウェハ搬送装置の実験結果を示す図で、通気穴を有する昇降用機台の水平方向に移動する移動速度と筐体中央断面での気流の大きさを示す図である。（ａ）は通気穴断面積０．０７４（ｍ²／ｓ）（昇降用機台３’の断面積の１４％）、水平方向の最高移動速度＝０．５（ｍ／ｓ）で、（ｂ）は通気穴断面積０．１４（ｍ²／ｓ）（昇降用機台３”の断面積の３０％）、水平方向の最高移動速度＝１（ｍ／ｓ）である。
【図５】本発明が採用するボールねじ機構駆動装置の１例を示す平面図である。
【図６】本発明が採用することのできるベルト駆動装置の１例を示す斜視図である。
【図７】従来のウェハ搬送装置の概念斜視図で、（ａ）〜（ｃ）は、ウェハ搬送装置が水平方向に移動する前（ａ）、移動後（ｂ）、垂直方向に移動後（ｃ）をそれぞれ表している。
【図８】昇降用機台の水平方向に移動する際の筐体中央断面での気流の大きさと方向を示す図である。（ａ）は後述の本発明に係る昇降用機台、（ｂ）は図７のウエハ載置装置のそれぞれの気流の大きさと方向を示す図である。
【符号の説明】
１００ ウェハ搬送装置装置
１ 筐体
２ ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）
３、３’、３” 昇降用機台
４ ウェハ載置装置
５ 水平駆動装置
６ 昇降駆動装置
７ ロボット
Ａ、Ｂ 筐体の横と縦の長さ
ａ、ｂ 昇降用機台の横と縦の長さ

Claims (2)

1. 内部に横Ａと縦Ｂの直方体空間を有するクリーンルームを構成しかつこのクリーンルームの天井から内部にクリーンエアの気流が吹き込まれる直方体筐体と、該筐体の直方体空間内に上下左右に僅かの空隙を空けて配置されると共に、水平駆動装置のガイド部材に案内支持された横ａ（Ａ＞ａ）と縦ｂ（Ｂ＞ｂ）の長方形を有する長方形昇降用機台と、該長方形昇降用機台に設けられた昇降駆動装置のガイド部材に案内支持されつつ、ウエハを収納するロボットを載置するウエハ載置装置とから成り、該ロボットを水平移動かつ昇降移動自在に搬送し、かつ前記水平移動の際、前記長方形昇降用機台の進行方向前方の筐体内空気がＡ−ａおよびＢ−ｂの空隙を通って前記長方形昇降用機台の後方へ移動するウェハ搬送装置において、
   前記長方形昇降用機台が通気穴を有し、
   かつ、前記通気穴が式（１）の条件式を満足することを特徴とするウェハ搬送装置。
   Ｓ１＝Ｓ２×α×Ｖ ・・・（式１）
   ただし、Ｓ１：水平方向の通気穴断面積（ｍ ^２ ）
   Ｓ２：ａ×ｂの面積（ｍ ^２ ）
   α：補正係数で０．２〜０．４（ｓ／ｍ）
   Ｖ：水平方向の稼動部最高動作速度（ｍ／ｓ）
2. 前記補正係数αの範囲が式（２）の条件式を満足することを特徴とする請求項１記載のウェハ搬送装置。
   ０．２７≦α≦０．３３ ・・・（式２）

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