JP5914129B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理装置に関し、より詳しくは、真空チャンバ内に設けたドラムに長尺のシート状の基材を巻き掛け、このシート状の基材を走行させながらシート状の基材の一方の面にプラズマ処理を施すものに関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more specifically, a long sheet-like base material is wound around a drum provided in a vacuum chamber, and one of the sheet-like base materials is run while the sheet-like base material travels. It is related with what plasma-treats to the surface.
例えば長尺で樹脂製または金属製のシート状の基材は可撓性を有し、加工性も良いことから、その表面に所定の金属膜や金属化合物膜(金属酸化物膜)等の所定の薄膜を成膜したり、エッチング処理を施したりして電子部品や光学部品とすることが一般に知られている。従来、真空チャンバ内に回転自在に設けたドラムに長尺のシート状の基材を巻き掛け、ドラムに回転によりシート状の基材を走行させながらシート状の基材の一方の面に、プラズマ処理としてのプラズマCVD法による成膜を行うものが例えば特許文献1で知られている。
For example, a long resin- or metal sheet-like base material has flexibility and good workability, so that a predetermined metal film or a metal compound film (metal oxide film) or the like is formed on the surface thereof. It is generally known to form an electronic component or an optical component by forming a thin film or by performing an etching process. Conventionally, a long sheet-like base material is wound around a drum that is rotatably provided in a vacuum chamber, and plasma is applied to one surface of the sheet-like base material while the sheet-like base material travels around the drum. For example,
上記従来例のものは、真空ポンプが接続された真空チャンバ内に、シート状の基材を繰り出す繰出手段と、処理後のシート状の基材を巻き取る巻取手段とを設け、ドラムの周面部分を利用してプラズマCVD法による成膜を行う放電空間(成膜室)が画成されるようにしている。つまり、放電空間を臨むようにシャワー電極を、シート状の基材が巻き掛けられているドラムの周面部分に対向配置し、この放電空間の周方向両側でドラムの周面部分を、非放電空間を存して夫々覆うように、ドラムの曲率に対応させて湾曲させたアース板を配置する。そして、シャワー電極を通して成膜室内に成膜しようとする薄膜の組成に応じて選択される原料ガスをガス導入手段により導入すると共に、プラズマ発生用の高周波電源によりシャワー電極に高周波電力を投入し、放電空間にプラズマを形成して原料ガスを分解して基材の一方の面に付着、堆積させて成膜される。 The above-mentioned conventional example is provided with feeding means for feeding out a sheet-like base material and winding means for winding up the processed sheet-like base material in a vacuum chamber to which a vacuum pump is connected. A discharge space (film formation chamber) for forming a film by plasma CVD using the surface portion is defined. In other words, the shower electrode is arranged so as to face the discharge space so as to face the peripheral surface portion of the drum around which the sheet-like base material is wound, and the peripheral surface portion of the drum is non-discharged on both sides in the circumferential direction of the discharge space. A ground plate curved according to the curvature of the drum is disposed so as to cover each space. And while introducing the raw material gas selected according to the composition of the thin film to be formed into the film formation chamber through the shower electrode by the gas introduction means, the high frequency power is supplied to the shower electrode by the high frequency power source for plasma generation, A plasma is formed in the discharge space to decompose the raw material gas and adhere to and deposit on one surface of the substrate to form a film.
ここで、シャワー電極とアース板との間で高周波電力を投入して成膜室内に容量結合型プラズマを発生させる場合、高周波電源とシャワー電極との間のインピーダンスの整合を図るため、整合回路を備えたマッチングボックスを介在させることが通常である(例えば、特許文献2参照)。この場合、上記従来例のものにおいては、高周波電力がマッチングボックスから給電線を介してシャワー電極(カソード電極)に供給され、このときの高周波電流は、シャワー電極から負荷(プラズマ)を介して静電容量結合するアース板へと流れ、アース板が接触しているチャンバの壁面を通って、例えばマッチングボックスのアースへと帰還するようになる。 Here, when high frequency power is applied between the shower electrode and the ground plate to generate capacitively coupled plasma in the film forming chamber, a matching circuit is provided to match the impedance between the high frequency power source and the shower electrode. It is usual to interpose a provided matching box (see, for example, Patent Document 2). In this case, in the above-described conventional example, high-frequency power is supplied from the matching box to the shower electrode (cathode electrode) through the feeder, and the high-frequency current at this time is static from the shower electrode through the load (plasma). It flows to the ground plate to be capacitively coupled, and returns to the ground of the matching box, for example, through the wall surface of the chamber with which the ground plate is in contact.
然しながら、真空チャンバの壁面を通してマッチングボックスに放電電流を回収するのでは、電流の帰還回路のインピーダンスが高くなる(特に、誘導成分の負荷が大きくなってしまう)。このため、エネルギー効率が悪くなってプラズマに高周波電力を効率よく投入することができず、安定した放電を維持できない場合があり、これでは、例えば成膜速度の低下を招来したりして再現性よく成膜できない。 However, if the discharge current is collected in the matching box through the wall surface of the vacuum chamber, the impedance of the current feedback circuit becomes high (in particular, the load of the inductive component becomes large). For this reason, energy efficiency is deteriorated and high-frequency power cannot be efficiently input to the plasma, and stable discharge may not be maintained. I can't deposit well.
本発明は、以上の点に鑑み、電流の帰還回路のインピーダンスを可及的に低くでき、エネルギー効率良くプラズマに高周波電力を投入することができるようにしたプラズマ処理装置を提供することをその課題とするものである。 In view of the above, the present invention provides a plasma processing apparatus capable of reducing the impedance of a current feedback circuit as much as possible and allowing high-frequency power to be supplied to plasma with high energy efficiency. It is what.
上記課題を解決するために、真空チャンバ内に設けたドラムに長尺のシート状の基材を巻き掛け、このシート状の基材を走行させながらシート状の基材の一方の面にプラズマ処理を施す本発明のプラズマ処理装置は、シート状の基材が巻き掛けられているドラムの周面部分に放電空間を存して対向配置される第1電極と、この放電空間の周方向両側でドラムの周面部分を、非放電空間を存して夫々覆う第2電極と、第1電極に高周波電力を投入する高周波電源と、この高周波電源と第1電極との間のインピーダンスの整合を図る整合回路を有するマッチングボックスとを備え、前記第1電極は、真空チャンバの壁面に着脱自在に装着されてこの第1電極を真空チャンバに開設した透孔を挿通させて所定位置に保持する電極ホルダを備え、電極ホルダの装着方向後面にマッチングボックスが一体に設けられると共に、この電極ホルダを真空チャンバの壁面に装着すると、第2電極をアース接地のマッチングボックスに直結する導電性の接続部材を更に備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a long sheet-like base material is wound around a drum provided in a vacuum chamber, and plasma treatment is performed on one surface of the sheet-like base material while the sheet-like base material is running. The plasma processing apparatus of the present invention that applies the first electrode disposed opposite to the peripheral surface portion of the drum around which the sheet-like base material is wound, with the discharge space therebetween, and on both sides in the circumferential direction of the discharge space The second electrode that covers the peripheral surface portion of the drum in a non-discharge space, the high-frequency power source that supplies high-frequency power to the first electrode, and impedance matching between the high-frequency power source and the first electrode are achieved. And a matching box having a matching circuit, wherein the first electrode is detachably mounted on a wall surface of the vacuum chamber, and the first electrode is inserted through a through hole formed in the vacuum chamber and held in a predetermined position. With an electrode A matching box is integrally provided on the rear surface of the mounting direction of the rudder, and further provided with a conductive connecting member that directly connects the second electrode to the grounding matching box when the electrode holder is mounted on the wall surface of the vacuum chamber. And
本発明によれば、接続部材を設けたため、マッチングボックスを介して高周波電力を第1電極に投入したときの高周波電流が、負荷(プラズマ)を介して静電容量結合する第2電極へと流れた後、この接続部材により、真空チャンバの壁面を経ることなく、マッチングボックスのアースへと最短ルートで帰還して回収される。これにより、電流の帰還回路のインピーダンスが可及的に小さくできてエネルギー効率が良くなることで、プラズマに高周波電力を効率よく投入することができ、常時安定した放電を実現することができる。 According to the present invention, since the connection member is provided, the high-frequency current when high-frequency power is supplied to the first electrode via the matching box flows to the second electrode that is capacitively coupled via the load (plasma). After that, the connecting member returns to the ground of the matching box via the shortest route and is collected without passing through the wall surface of the vacuum chamber. As a result, the impedance of the current feedback circuit can be made as small as possible and the energy efficiency is improved, so that high-frequency power can be efficiently supplied to the plasma, and a stable discharge can be realized at all times.
ところで、第1電極はプラズマに曝させるため、定期的にメンテナンスを行うことが必要となる。このとき、本発明では、第1電極を保持する電極ホルダにマッチングボックスが一体に設けられた構成であるため、メンテナンス時、電極ホルダを装着方向と反対方向に引き出すだけで、第1電極を含む電極ホルダが真空チャンバから脱離され、真空チャンバ内に第2電極のみが残る構成となる。そして、メンテナンス終了後に当該電極ホルダを再装着することになるが、この再装着時に、ドラムや第2電極に対して第1電極の相対位置が簡単に位置決めされると共に、第2電極をマッチングボックスのアースに電気的に直結されるようにしておくことが望ましい。 By the way, since the first electrode is exposed to plasma, it is necessary to perform maintenance periodically. At this time, in the present invention, since the matching box is integrally provided in the electrode holder that holds the first electrode, the first electrode is included only by pulling out the electrode holder in the direction opposite to the mounting direction during maintenance. The electrode holder is detached from the vacuum chamber, and only the second electrode remains in the vacuum chamber. Then, after the maintenance is completed, the electrode holder is reattached. At the time of reattachment, the relative position of the first electrode is easily positioned with respect to the drum and the second electrode, and the second electrode is attached to the matching box. It is desirable to be electrically connected directly to the earth.
本発明においては、前記接続部材は、電極ホルダ内で第1電極の周囲を囲う筒状の輪郭を有し、この筒状の接続部材の装着方向前面に、周方向外側に向かって延出する、第2電極に面接触可能な延出部を有し、第2電極と延出部とのいずれか一方の当接面にピン部材を立設すると共に、いずれか他方の当接面にピン部材が嵌着する受入れ凹部を形成する構成とすれば、ピン部材を受入れ凹部に嵌着させるだけで、ドラム及び第2電極に対して第1電極の相対位置が簡単に位置決めされると共に、第2電極をマッチングボックスのアースに電気的に直結される構成が実現できる。なお、ピン部材としては、接触抵抗が低い所謂他面接触式の接点を持つものを用いるのがよく、また、ピン部材は複数本設けられることが好ましい。
In the present invention, the connection member has a cylindrical outline surrounding the first electrode in the electrode holder, and extends outward in the circumferential direction on the front surface of the cylindrical connection member in the mounting direction. The second electrode has an extending portion that can be brought into surface contact, and a pin member is erected on one of the contact surfaces of the second electrode and the extending portion, and the pin is mounted on the other contact surface. If the receiving recess for fitting the member is formed, the relative position of the first electrode can be easily positioned with respect to the drum and the second electrode by simply fitting the pin member into the receiving recess. A configuration in which the two electrodes are electrically connected directly to the ground of the matching box can be realized. In addition, as a pin member, it is good to use what has what is called an other surface contact type | mold contact point with low contact resistance, and it is preferable that two or more pin members are provided.
本発明においては、前記第2電極と前記延出部との当接面に、弾性を有する無端状の接触子を更に備えることが好ましい。これにより、真空チャンバの壁面に対して電極ホルダを繰り返し着脱したときでも、接触部材と第2電極との接触を確実に確保されるようにできてよい。 In the present invention, it is preferable that the contact surface between the second electrode and the extension portion further includes an endless contact having elasticity. Thereby, even when the electrode holder is repeatedly attached to and detached from the wall surface of the vacuum chamber, the contact between the contact member and the second electrode may be reliably ensured.
以下、図面を参照して、プラズマ処理装置をプラズマCVD装置とし、樹脂製のシート状の基材Sの一方の面に成膜処理するものを例として本発明の実施形態を説明する。以下においては、図1を基準に、ドラムが設けられる側を下とし、上、右、左といった方向を示す用語を用いるものとする。 Hereinafter, with reference to the drawings, an embodiment of the present invention will be described with an example in which a plasma processing apparatus is a plasma CVD apparatus and a film forming process is performed on one surface of a resin sheet-like substrate S. In the following, with reference to FIG. 1, the side on which the drum is provided is down, and terms indicating directions such as up, right, and left are used.
図1を参照して、PMは、本実施形態のプラズマ処理装置としてプラズマCVD装置である。プラズマCVD装置PMは、真空ポンプVPが接続された真空チャンバ1を備える。真空チャンバ1内は仕切板2により上下の空間に区間され、上側空間には、シート状の基材Sを巻回され、一定の速度でこのシート状の基材Sを繰り出す繰出手段としての繰出ローラ3と、成膜済みのシート状の基材Sを巻き取る巻取手段としての巻取ローラ4とが収納されている。なお、基材Sを繰り出して巻き取るまでの機構は公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。そして、繰出ローラ3から繰り出された基材Sは、ガイドローラ31を経て仕切板2に形成した第1透孔21を通して下側空間に引き出され、この下側空間に回転自在に配置されたドラム5に巻き掛きられた後、仕切板2に形成した第2透孔22を通し、ガイドローラ41を経て巻取ローラ4に巻き取られる。なお、ドラム5には、基材Sを加熱または冷却する手段を内蔵していてもよい。
With reference to FIG. 1, PM is a plasma CVD apparatus as a plasma processing apparatus of this embodiment. The plasma CVD apparatus PM includes a
真空チャンバ1の左側壁には、ドラム5の母線方向の長さより長い横幅(図1の前後方向)を有する矩形の透孔11が開設され、この透孔11の外周縁部を囲うようにして真空チャンバ1の外壁面には電極ユニットCUが着脱自在に装着される。電極ユニットCUは、図2に示すように、導電性板材を断面視皿状に成形してなる電極ホルダ6を備え、電極ホルダ6の右端(電極ホルダ6の装着方向前端)のフランジ61に図示省略のOリング等の真空シールを介して真空チャンバ1の左側壁に当接させ、この状態で図外のボルト等で締結されることで装着される。そして、電極ホルダ6が、基材Sが巻き掛けられているドラム5の周面部分に放電空間CSを存して対向配置される第1電極(カソード電極)7を保持する。
A rectangular through
第1電極7は、導電性を有する底有の筒状部材71と、右側開口面に取り付けられた、複数個のガス噴射口72aが開設された同一材質のシャワープレート72とで構成され、底部たる左側面にはガス供給管73が接続されている。この場合、ガス供給管73は、後述のマッチングボックスMBの壁面までのび、ガス源からのガス管74が着脱自在に接続できるようになっている。そして、ガス供給管73から所定の原料ガスを供給すると、筒状部材71内で一旦拡散され、各ガス噴射口72aを介して放電空間CSに原料ガスが導入される。原料ガスとしては、例えば、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜を形成するような場合、SiH4、NH3、N2O、Ar、H2やN2等のガスが用いられる。
The
電極ホルダ6内にはまた、第1電極7の周囲に同心に接続部材8が設けられている。接続部材8もまた、導電性を有する筒状部材で構成され、接続部材8の内周面に筒状の絶縁体Iを介して第1電極7を保持するようになっている。なお、第1電極7の保持方法としては、ねじによる締結や嵌合等公知の方法を用いることができる。この場合、接続部材8の左側端には、径方向内方に向かって延出させたフランジ81が形成され、フランジ81を介して電極ホルダ6の内面に固定される。これにより、電極ホルダ6を真空チャンバ1の左壁面に装着するだけで、シート状の基材Sが巻き掛けられているドラム5の周面部分に放電空間CSを存して対向する位置に第1電極7、具体的にはシャワープレート72が位置決めされ保持される。
A
電極ホルダ6の左側面にはマッチングボックスMBが固定されている。アース接地のマッチングボックスMB内には、マッチング可変コンデンサ、チューニング可変コンデンサやコイル等、公知の構成を有する整合回路(図示せず)が備えられ、この整合回路からの給電線MWが、電極ホルダ6及び接続部材8を通して第1電極7に接続されている。この場合、給電線MWは、例えば金属ブスバーで構成され、電極ホルダ6及び接続部材8に設けた真空シール兼用の碍子MGで支持されている。なお、ガス供給管73もまた、上記碍子MGで支持されるようにしている。そして、マッチングボックスMBは、公知の構造の高周波電源HEに接続され、第1電極に高周波電力を投入できるようになっている(図1参照)。
A matching box MB is fixed to the left side surface of the
また、真空チャンバ1内には、放電空間CSの周方向両側(図1中、上下方向)でドラム5の周面部分を、隙間を存して夫々覆う上下一対の第2電極9(アノード電極)が設けられている。第2電極9は、ドラム5の母線方向の長さより長い横幅を有する導電性の板材で構成され、ドラム5に周面に対応して湾曲され、特に図示して説明しないが、真空チャンバ1の内壁面に絶縁体を介在させて固定されている。この場合、第2電極9の面積は、高周波電源HEの周波数をfとした時のインピーダンス=(1/2πfc)が十分小さくなる値とし、静電容量C=S/Dより面積S=C/D等を考慮して、リターン電流を多く回収し得るように設定される。また、上記隙間は、シート状の基材Sの走行に影響を与えない距離であり、かつ、上記の式隙間D=C/Sよりインピーダンスが小さくなるように隙間が短くなること等を考慮して設定され、これにより、ドラム5の周面と第2電極9とで画成される空間が、放電空間にプラズマを形成したときにプラズマが周り込まない非放電空間USとなる。この場合、第2電極9とドラム5との間に、ドラム5の径方向に所定の長さでのびる非放電空間USたる隙間が形成されるため、放電空間CSからの排気コンダクタンスが高くなってガス雰囲気分離に有効となる。そして、電極ホルダ6を真空チャンバ1の左側壁に装着した状態では、第2電極9が接続部材8に直結される。
Further, in the
第2電極9の放電空間CS側の端部には、装着方向後側に向けてのびる4本のピン部材91が立設されている。この場合、ピン部材91は、バナナプラグのように、接触抵抗が低い所謂他面接触式の接点を持つものとして構成されている。他方、接続部材8の右側面には、周方向外側(図2中、上下方向)に向かって延出する、第2電極9の放電空間CS側の端部に対応させて湾曲させた延出部82が設けられている。この延出部82には、ピン部材91の位置に対応させてこのピン部材91が嵌着される、装着方向(図2中、左右方向)にのびる受入れ凹部83が形成されている。それに加えて、図3に示すように、また、接続部材8の延出部82の装着方向前面には、この延出部82と第2電極9との当接面に、弾性を有する無端状の接触子84が設けられている。このような接触子84としては、例えば、ゴム製のOリングの表面をメッシュ金属で被覆したようなものを用いることができる。
At the end of the
上記実施形態によれば、接続部材8を設けたため、マッチングボックスMBを介して高周波電力を第1電極に投入したときの高周波電流が、負荷(プラズマ)を介して静電容量結合する第2電極9へと流れた後、接続部材8により真空チャンバ1の壁面を経ることなく、マッチングボックスMBのアースへと最短ルートで帰還して回収される。これにより、電流の帰還回路のインピーダンスが可及的に小さくできてエネルギー効率が良くなることで、プラズマに高周波電力を効率よく投入することができ、常時安定した放電を実現することができる。
According to the above embodiment, since the
ところで、上記実施形態では、第1電極7を保持する電極ホルダ6にマッチングボックスMBが一体に設けられた構成であるため、メンテナンス時、電極ホルダ6を装着方向と反対の方向に引き出すだけで、第1電極7を含む電極ホルダ6が真空チャンバ1から脱離され、真空チャンバ1内に第2電極9のみが残る構成となる。そして、メンテナンス終了後に、ピン部材91を受入れ凹部83に夫々嵌着させるだけで、ドラム5及び第2電極9に対して第1電極7、ひいてはシャワープレート72の相対位置が簡単に位置決めされると共に、第2電極9をマッチングボックスMBのアースに電気的に直結される構成が実現できる。しかも、第2電極9と接続部材8の延出部82との当接面に、弾性を有する無端状の接触子84を更に備えるため、真空チャンバ1の壁面に対して電極ホルダ6を繰り返し着脱し、ピン部材91と受入れ凹部83との接触が不十分になるようなことがあっても、この接触子84により接触部材8と第2電極9との接触を確実に確保されるようにできてよい。
By the way, in the said embodiment, since it is the structure by which the matching box MB was integrally provided in the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、プラズマ処理装置をプラズマCVD装置として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば酸化物ターゲットをスパッタリングして成膜するスパッタリング装置やエッチング装置のように、高周波電力を投入してプラズマ処理するものに広く適用することができる。また、上記実施形態では、プラズマCVD法により成膜を行う箇所が1つのものを例としているが、ドラムの周囲に複数箇所設けたような場合でも本発明は適用することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said thing. In the above embodiment, the plasma processing apparatus has been described as a plasma CVD apparatus. However, the present invention is not limited to this. For example, high-frequency power is input like a sputtering apparatus or an etching apparatus that forms a film by sputtering an oxide target. Thus, it can be widely applied to those subjected to plasma treatment. Moreover, in the said embodiment, although the location which forms into a film by plasma CVD method is made into an example, this invention is applicable even when it provides in multiple places around the drum.
上記実施形態では、電極ホルダ6内に接続部材8を内蔵したものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、電極ホルダ6の外側に設けてもよい。また、ピン部材91、受入れ凹部83や接触子84を形成する部材は上記に限定されるものではなく、例えば、ピン部材91を延出部82側に形成するようにしてもよい。
In the above embodiment, the example in which the
PM…プラズマCVD装置(プラズマ処理装置)、1…真空チャンバ、5…ドラム、6…電極ホルダ、7…第1電極、8…接続部材、82…延出部、83…受入れ凹部、84…接触子、9…第2電極、91…ピン部材、CS…放電空間、US…非放電空間、HE…高周波電源、MB…マッチングボックス、S…シート状の基材。
PM ... plasma CVD apparatus (plasma processing apparatus), 1 ... vacuum chamber, 5 ... drum, 6 ... electrode holder, 7 ... first electrode, 8 ... connecting member, 82 ... extension part, 83 ... receiving recess, 84 ... contact Child: 9 ... second electrode, 91 ... pin member, CS ... discharge space, US ... non-discharge space, HE ... high frequency power supply, MB ... matching box, S ... sheet-like substrate.
Claims (3)
シート状の基材が巻き掛けられているドラムの周面部分に放電空間を存して対向配置される第1電極と、この放電空間の周方向両側でドラムの周面部分を、非放電空間を存して夫々覆う第2電極と、第1電極に高周波電力を投入する高周波電源と、この高周波電源と第1電極との間のインピーダンスの整合を図る整合回路を有するマッチングボックスとを備え、
前記第1電極は、真空チャンバの壁面に着脱自在に装着されてこの第1電極を真空チャンバに開設した透孔を挿通させて所定位置に保持する電極ホルダを備え、電極ホルダの装着方向後面にマッチングボックスが一体に設けられると共に、この電極ホルダを真空チャンバの壁面に装着すると、第2電極をアース接地のマッチングボックスに直結する導電性の接続部材を更に備えることを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus that wraps a long sheet-like base material around a drum provided in a vacuum chamber and performs plasma treatment on one surface of the sheet-like base material while the sheet-like base material is running ,
A first electrode disposed opposite to a peripheral surface portion of a drum around which a sheet-like base material is wound, with a discharge space, and a peripheral surface portion of the drum on both sides in the circumferential direction of the discharge space. A second electrode that covers each of the first electrode, a high-frequency power source for supplying high-frequency power to the first electrode, and a matching box having a matching circuit for matching impedance between the high-frequency power source and the first electrode,
The first electrode includes an electrode holder that is detachably mounted on the wall surface of the vacuum chamber and that holds the first electrode in a predetermined position by inserting a through hole formed in the vacuum chamber. A plasma processing apparatus, wherein a matching box is provided integrally, and further includes a conductive connection member that directly connects the second electrode to a grounded matching box when the electrode holder is mounted on the wall surface of the vacuum chamber.
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