JP6990544B2 - 研削ホイール及び研削装置 - Google Patents

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Description

本発明は、研削ホイール及び研削装置に関する。
ウエーハを研削する研削装置は、複数のセグメント砥石を環状に配設した研削ホイールを回転させ、ウエーハの研削面をセグメント砥石で研削している。従来、研削対象となるウエーハの中心部を片減りすることなく均一に、高精度で研削を行う研削砥石を備えた研削ホイールが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の研削ホイールにおいては、研削ホイールの端面に環状に取り付けられる研削砥石に、研削ホイールの中心側に接近して配置される接近部分と、研削ホイールの中心から離間して配置される離間部分とを交互に設け、これらを研削ホイールの中心を挟んでそれぞれ点対称に配置している。これにより、ウエーハの回転中心部に対する砥石体の常時接触を回避してウエーハの表面全体を均一に研削すると共に、安定状態で研削ホイールを回転させて高精度の研削を確保している。
特開2001-096467号公報
しかしながら、上述した特許文献1に記載の研削ホイールでは、接近部分の研削砥石と離間部分の研削砥石とが、ウエーハの被研削面上の異なる位置を研削する。このため、被研削面に対する食い付き性能を十分に確保することができない事態が発生し得る。特に、このように食い付き性能が不十分になる問題は、SiCやサファイアのように硬い材質で構成されるウエーハに発生し易い。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、被研削面に対する食い付き性能を改善することができる研削ホイール及び研削装置を提供することを目的の1つとする。
本発明の一態様の研削ホイールは、ウエーハを研削するためにセグメント砥石を環状に配設した研削ホイールであって、少なくとも該研削ホイールの径方向に厚みが異なる3つの該セグメント砥石を備え、該厚みが異なる3つのセグメント砥石を厚みの小さいセグメント砥石から厚みの大きいセグメント砥石の順に内周をそろえて環状に配設し隣どうしの該セグメント砥石に均等な隙間を備えることを特徴とする。
また、本発明の一態様の研削装置は、ウエーハを保持する保持面を有する保持テーブルと、該保持テーブルを所定の回転方向に回転させる保持テーブル回転手段と、上述した研削ホイールを装着して該保持テーブルの回転方向と同一方向に回転させるスピンドルユニットを有し該保持テーブルが保持したウエーハを研削する研削手段と、該研削手段を該保持面に対して垂直方向に移動させる研削送り手段と、該保持テーブルと該研削手段とを相対的に該保持面方向に移動させて保持テーブルが保持したウエーハの中心を該セグメント砥石が通過する位置関係に位置づける位置づけ手段とを備えた研削装置であって、該位置づけ手段により、該保持テーブルが保持したウエーハの中心を該研削ホイールの内周から最外周までの環状エリア内に位置づけ、ウエーハの上面を該セグメント砥石が研削する研削加工エリアは、該セグメント砥石の回転軌道でのウエーハの外周から中心までであって、該セグメント砥石の並び順は、該研削ホイールの回転方向の前方側から後方側に向けて、該研削ホイールの径方向にもっとも厚みの小さい該セグメント砥石からもっとも厚みの大きい該セグメント砥石への順に内周をそろえて配設されていて、該保持テーブルが保持したウエーハの外周から該セグメント砥石を進入させウエーハを研削することを特徴とする。
この構成によれば、厚みの異なる3つのセグメント砥石が、厚みの小さいセグメント砥石から厚みの大きいセグメント砥石の順に内周をそろえて環状に配設され、厚みの小さいセグメント砥石から順に研削加工エリアに進入する。これにより、被研削面に食い込み易い最薄のセグメント砥石で研削加工を行った後、最薄のセグメント砥石で研削された領域に対し、より厚みの大きなセグメント砥石を追随させて研削加工を行うことができる。この結果、同一の厚み寸法を有するセグメント砥石で研削加工を行う場合に比べて、被研削面に対する食い付き性能を改善することができる。
本発明によれば、被研削面に対する食い付き性能を改善することができる。
本実施の形態の係る研削装置の斜視図である。 本実施の形態に係る研削装置が有する研削ホイールとウエーハとの関係の説明図である。 本実施の形態に係る研削装置により研削されるウエーハの被研削面の拡大図である。 本実施の形態に係る研削装置により研削されるウエーハの被研削面の拡大図である。 本実施の形態に係る研削装置により研削されるウエーハの被研削面の拡大図である。 本実施の形態に係る研削装置により研削されるウエーハの被研削面の拡大図である。
以下、添付図面を参照して、本実施の形態の研削装置について説明する。図1は、本実施の形態の係る研削装置の斜視図である。なお、研削装置は、図1に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。
図1に示すように、研削装置1は、多数のセグメント砥石47を円環状に配置した研削ホイール46を用いて、チャックテーブル(保持テーブル)20に保持されたウエーハWを研削するように構成されている。ウエーハWは、保護テープTが貼着された状態で研削装置1に搬入され、チャックテーブル20の保持面21に保持される。なお、ウエーハWは、研削対象となる板状部材であればよく、シリコン、ガリウム砒素等の半導体ウエーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア等の光デバイスウエーハでもよいし、デバイスパターン形成前のアズスライスウエーハでもよい。
研削装置1の基台10の上面には、X軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口はチャックテーブル20と共に移動可能な移動板11及び蛇腹状の防水カバー12に覆われている。防水カバー12の下方には、チャックテーブル20をX軸方向に移動させるボールねじ式の進退手段50が設けられている。進退手段50は、チャックテーブル20と後述する研削手段40とを相対的に保持面21方向(X軸方向)に移動させて、チャックテーブル20が保持したウエーハWの中心をセグメント砥石47が通過する位置関係に位置づける位置づけ手段を構成する。
進退手段50は、基台10内に配置されたX軸方向に平行な一対のガイドレール51と、一対のガイドレール51にスライド可能に設置されたモータ駆動のX軸テーブル52とを有している。X軸テーブル52の下面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールねじ53が螺合されている。ボールねじ53の一端部に連結された駆動モータ54によりボールねじ53が回転駆動されることで、X軸テーブル52がガイドレール51に沿ってX軸方向に移動される。
進退手段50のX軸テーブル52には、テーブル回転手段22が設けられている。チャックテーブル20は、このテーブル回転手段22の上方側に連結される。テーブル回転手段22は、図示しない回転駆動機構に接続され、チャックテーブル20を所定の回転方向に回転させる保持テーブル回転手段を構成する。チャックテーブル20は、テーブル回転手段22の駆動によってウエーハWの中心を軸に回転可能に構成されている。
チャックテーブル20の上面には、多孔質のポーラス材によってウエーハWを吸引保持する保持面21が形成されている。チャックテーブル20の内部には、吸引源(不図示)に連なる連通路(不図示)が形成されている。連通路が保持面21に連通されることで、保持面21の上面には、吸引源の負圧によってウエーハWが吸引保持される。なお、保持面21は、チャックテーブル20の回転中心(保持面21の中心)を頂点とし、外周側が僅かに低く傾斜した傾斜面を有する。ウエーハWは、円錐状に傾斜する保持面21に吸引保持されると、保持面21の形状に沿って緩傾斜の円錐状に変形する。
基台10上のコラム15には、研削手段40をチャックテーブル20(より具体的には、保持面21)に対して接近及び離反させる方向(Z軸方向(垂直方向))に研削送りする研削送り手段30が設けられている。研削送り手段30は、コラム15に配置されたZ軸方向に平行な一対のガイドレール31と、一対のガイドレール31にスライド可能に設置されたモータ駆動のZ軸テーブル32とを有している。Z軸テーブル32の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールねじ33が螺合されている。ボールねじ33の一端部に連結された駆動モータ34によりボールねじ33が回転駆動されることで、研削手段40がガイドレール31に沿ってZ軸方向に移動される。
研削手段40は、ハウジング41を介してZ軸テーブル32の前面に取り付けられており、スピンドルユニット42で研削ホイール46を中心軸回りに回転させるように構成されている。スピンドルユニット42は、いわゆるエアスピンドルであり、ケーシングの内側で高圧エアを介してスピンドル軸44を回転可能に支持している。スピンドルユニット42は、研削ホイール46をチャックテーブル20の回転方向と同一方向に回転させる。
スピンドル軸44の先端にはマウント45が連結されており、マウント45にはセグメント砥石47を環状に備えた研削ホイール46が装着されている。セグメント砥石47は、例えば、所定砥粒径のダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドで結合して構成される。なお、セグメント砥石47は、これに限定されず、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めて形成してもよい。詳細について後述するように、研削ホイール46には、径方向に厚みの異なる3種類のセグメント砥石47が配設されている。
ここで、本実施の形態に係る研削ホイール46の構成と、研削ホイール46とウエーハWとの関係について、図2を参照して説明する。図2は、本実施の形態に係る研削装置1が有する研削ホイール46とウエーハWとの関係の説明図である。図2においては、進退手段50により、チャックテーブル20が保持したウエーハWの中心Wcをセグメント砥石47が通過する位置関係に位置づけられた状態を示している。
本実施の形態に係る研削装置1において、チャックテーブル20及び研削ホイール46は、同一方向(図2に示す反時計回り方向)に回転する。チャックテーブル20及び研削ホイール46の回転速度は、研削ホイール46の方がチャックテーブル20よりも速く設定されることを前提として任意に設定することができる。
図2に示すように、研削ホイール46には、径方向に厚みの異なる3種類のセグメント砥石471、472、473が配設されている。セグメント砥石471は、最も厚みが小さく構成され、セグメント砥石473は、最も厚みが大きく構成される。セグメント砥石472は、セグメント砥石471、473の中間の厚み寸法を有している。例えば、セグメント砥石471、472、473は、それぞれ研削ホイール46の径方向に2mm、3mm、4mmの厚み寸法に設定されるが、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。
セグメント砥石47は、研削ホイール46の回転方向の前方側から後方側に向けて、セグメント砥石471、472、473の順に配設されている。これらのセグメント砥石471、472、473は、それぞれの内周をそろえて環状に配設されている。研削ホイール46には、このように配列されたセグメント砥石471、472、473で構成される砥石群470が周方向に沿って複数配置されている。セグメント砥石473における研削ホイール46の回転方向の後方側には、隣り合う砥石群470のセグメント砥石471が配置される。隣り合うセグメント砥石47との間には、均等な隙間が配置される。すなわち、セグメント砥石47は、均等な隙間を挟んで研削ホイール46の周方向に環状に配設されている。
進退手段50は、チャックテーブル20が保持したウエーハWの中心Wcを、セグメント砥石47の内周(より具体的には、セグメント砥石471~473の内周)47iからセグメント砥石47の最外周(より具体的には、セグメント砥石473の外周)47oまでの環状エリア(すなわち、帯状の環状エリア)内に位置づける。このとき、ウエーハWの中心Wcは、セグメント砥石47の内周47iとセグメント砥石47の最外周47oとの中間を通る、図2に一点鎖線Aで示す円周上に配置される。一方、研削ホイール46の中心46cは、ウエーハWの外周と重なる位置に配置されている。
上述したように、ウエーハWは、保持面21に吸引保持された状態で保持面21の形状に沿って緩傾斜の円錐状に変形している。このため、研削ホイール46による研削加工エリアGPは、セグメント砥石47の回転軌道でウエーハWの外周から中心Wcまでの領域に形成される。なお、研削ホイール46におけるセグメント砥石47の内側には、所定の間隔で研削水供給口461が形成されている。研削ホイール46による研削加工時には、研削水供給口461から研削水が供給される。
このように構成される研削装置1においては、チャックテーブル20が保持したウエーハWの外周から研削加工エリアGPにセグメント砥石47を進入させてウエーハWの被研削面(上面)の研削加工を行う。このとき、セグメント砥石47は、厚み寸法が次第に大きくなるように、セグメント砥石471、472、473の順に研削加工エリアGPに進入する。
ところで、厚み寸法が同一のセグメント砥石を備える研削ホイールでウエーハに対する研削加工を行う場合には、セグメント砥石の研削加工面積が同一であり、ウエーハの被研削面に対する食い付き性能を十分に確保できない事態が発生する。例えば、ウエーハがSiCやサファイアのように硬い材質で構成される場合や、研削ホイールの回転速度が高速である場合(研削加工条件が厳しい場合)などにこのような食い付き性能の問題が発生し易い。
本発明者は、同一の厚み寸法のセグメント砥石による研削加工が、研削加工の条件によって食い付き性能が不十分となり得ることに着目した。そして、異なる厚み寸法を有するセグメント砥石を備え、厚み寸法が次第に大きくなるように研削加工を施すことが被研削面に対する食い付き性能の改善に寄与することを見出し、本発明に想到した。
すなわち、本発明の骨子は、ウエーハWを研削するためにセグメント砥石47を環状に配設した研削ホイール46において、少なくとも厚みが異なる3つのセグメント砥石47(471~473)を備え、これらの3つのセグメント砥石47を、厚みの小さいセグメント砥石471から厚みの大きいセグメント砥石473の順に内周をそろえて環状に配設することである。これにより、被研削面に食い込み易い最薄のセグメント砥石471で研削加工を行った後、このセグメント砥石471で研削された領域に対し、より厚みの大きなセグメント砥石472、473を重複させて研削加工を行うことができる。この結果、同一の厚み寸法を有するセグメント砥石で研削加工を行う場合に比べて、被研削面に対する食い付き性能を改善することができる。
以下、本実施の形態に係る研削装置1の研削工程におけるウエーハWの被研削面の研削状態について、図3~図6を参照して説明する。図3~図6は、本実施の形態に係る研削装置1により研削されるウエーハWの被研削面の拡大図である。図3~図6においては、ウエーハWにおける研削加工エリアGPの周辺を拡大して示し、説明の便宜上、単一の砥石群470を構成するセグメント砥石471~473のみを示している。
図3においては、研削加工エリアGPにセグメント砥石471が進入した直後の状態を示している。ウエーハWの外周から研削加工エリアGPにセグメント砥石471が進入すると、図3に示すように、セグメント砥石471の厚み寸法に応じてウエーハWの被研削面が研削される。このとき、セグメント砥石471は、厚み寸法が十分に小さい。このため、被研削面に対して食い込み易く、良好な食い付き性能を有した状態でウエーハWに対して研削加工を行うことができる。なお、図3においては、セグメント砥石471による研削痕SM1を破線で示している。図4以降についても同様である。
図3に示す状態からウエーハW及び研削ホイール46が回転すると、後続するセグメント砥石472がウエーハWの外周から研削加工エリアGPに進入する。図4においては、研削加工エリアGPにセグメント砥石472が進入した直後の状態を示している。研削加工エリアGPにセグメント砥石472が進入すると、図4に示すように、セグメント砥石472の厚み寸法に応じてウエーハWの被研削面が研削される。なお、図4においては、セグメント砥石472による研削痕SM2を一点鎖線で示している。図5以降についても同様である。
このとき、セグメント砥石471による研削痕SM1は、図4に示すように、現在のセグメント砥石471の位置からウエーハWの外周側に向けて拡がるように形成されている。このように研削痕SM1が拡がるように形成されるのは、ウエーハWと研削ホイール46とが同時に回転することに起因する。
研削加工エリアGPに進入したセグメント砥石472は、このようにセグメント砥石471により研削された領域(研削痕SM1の領域)の一部と重複して研削を行う。当該領域(研削痕SM1の領域)に対する研削を行うと同時に、セグメント砥石472は、セグメント砥石471に追従してセグメント砥石471が研削していない部分(研削痕SM1に重複しない部分)の研削を行う。
また、研削ホイール46の回転速度がウエーハWの回転速度より速い場合には、セグメント砥石471により研削された領域(研削痕SM1の領域)の一部と重複して研削する領域が大きくなる。さらに、研削ホイール46の回転速度が速いほど、またはチャックテーブル20の回転が遅いほど、研削痕SM1の広がりは小さくなり、後続のセグメント砥石472が研削痕SM1を重複研削する割合も小さくなる。よってセグメント砥石472が食い込み易くなり回転速度を速くする事ができる。
図4に示す状態からウエーハW及び研削ホイール46が回転すると、後続するセグメント砥石473がウエーハWの外周から研削加工エリアGPに進入する。図5においては、研削加工エリアGPにセグメント砥石473が進入した直後の状態を示している。研削加工エリアGPにセグメント砥石473が進入すると、図5に示すように、セグメント砥石473の厚み寸法に応じてウエーハWの被研削面が研削される。なお、図5においては、セグメント砥石473による研削痕SM3を二点鎖線で示している。図6についても同様である。
このとき、セグメント砥石472による研削痕SM2は、図5に示すように、現在のセグメント砥石472の位置からウエーハWの外周側に向けて拡がるように形成されている。また、セグメント砥石471による研削痕SM1は、図4に示す状態からウエーハWの外周側に向けて更に拡がって形成されている。
研削加工エリアGPに進入したセグメント砥石473は、このようにセグメント砥石472により研削された領域(研削痕SM2の領域)の一部と重複して研削を行う。当該領域(研削痕SM2の領域)に対する研削を行うと同時に、セグメント砥石473は、セグメント砥石472に追従してセグメント砥石472が研削していない部分(研削痕SM2に重複しない部分)の研削を行う。
図5に示す状態からウエーハW及び研削ホイール46が回転すると、セグメント砥石471~473が研削加工エリアGPを研削ホイール46の回転方向の前方側(下流側)に進む。図6においては、図5に示す状態から更にセグメント砥石471~473が回転した状態を示している。このとき、図6に示すように、セグメント砥石472は、セグメント砥石471が研削した領域と一部が重複する位置を継続して研削し、セグメント砥石473は、セグメント砥石471、472が研削した領域と一部が重複する位置を継続して研削していく。
ウエーハWの被研削面に対しては、ウエーハW及び研削ホイール46の回転に伴い、まず、セグメント砥石471が食い込むことで、切っ掛けとなる研削加工を行う。そして、後続するセグメント砥石472、473は、セグメント砥石471が研削した領域を徐々に拡大しながら研削していく。これにより、ウエーハWがSiCやサファイアのように硬い材質で構成される場合や、研削ホイール46の回転速度が高速である場合(研削加工条件が厳しい場合)であってもウエーハWを効果的に研削することができる。
このように本実施の形態に係る研削装置1においては、厚みの異なる3つのセグメント砥石471~473が、厚みの小さいセグメント砥石471から厚みの大きいセグメント砥石473の順に内周をそろえて環状に配設され、厚みの小さいセグメント砥石471から順に研削加工エリアGPにウエーハWの外周から進入する。これにより、被研削面に食い込み易い最薄のセグメント砥石471で研削加工を行った後、このセグメント砥石471で研削された領域に対し、セグメント砥石471より厚みの大きなセグメント砥石472、473を追随させてセグメント砥石471で研削された領域に重なってセグメント砥石472で研削された領域、さらにセグメント砥石472で研削された領域に重なってセグメント砥石473で研削された領域となるように研削加工を行うことができる。この結果、同一の厚み寸法を有するセグメント砥石で研削加工を行う場合に比べて、被研削面に対する食い付き性能を改善することができる。
特に、厚みの異なる3つのセグメント砥石471~473は、内周47i(図2参照)を揃えて環状に配置されている。これにより、先行するセグメント砥石47(例えば、セグメント砥石471)が研削した領域のうち、後続するセグメント砥石47(例えば、セグメント砥石472)が重複して研削する領域を大きく確保できるので、より食い付き特性に優れた研削加工を行うことができる。また、もっとも厚みが大きいセグメント砥石473の後続にセグメント砥石471がウエーハWの外周から進入する。セグメント砥石471は厚みが小さいので食い込み易い反面磨耗が大きく、狭い幅の研削痕SM1はキズのように形成される。そして、後続のセグメント砥石472、473は、厚みが大きいほど磨耗が小さく、厚みが大きいほど綺麗な研削痕が形成される。つまり、ウエーハWの被研削面は、磨耗がもっとも少ないセグメント砥石473で形成されることで、従来と同様の研削痕を形成することができる。
なお、本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。
例えば、上記実施の形態においては、研削ホイール46に厚みの異なる3つのセグメント砥石47(471~473)を備える場合について説明している。しかしながら、セグメント砥石47の厚み寸法の種類は、3つに限定されるものではなく適宜変更が可能である。ウエーハWの被研削面を適切に研削することを前提として、4つ以上のセグメント砥石47を研削ホイール46に備えるようにしてもよい。
さらに、上記実施の形態においては、厚みの異なる3つのセグメント砥石47の内周を揃えて環状に配設する場合について説明している。しかしながら、セグメント砥石47の配置は、適宜変更が可能である。ウエーハWの被研削面に対する食い付き性能を確保すると共に、先行するセグメント砥石47により研削された領域を後続するセグメント砥石47が重複して研削することを条件として、任意の位置に配置することができる。
さらに、加工対象として、加工の種類に応じて、例えば、半導体デバイスウエーハ、光デバイスウエーハ、パッケージ基板、半導体基板、無機材料基板、酸化物ウエーハ、生セラミックス基板、圧電基板等の各種ワークが用いられてもよい。半導体デバイスウエーハとしては、デバイス形成後のシリコンウエーハや化合物半導体ウエーハが用いられてもよい。光デバイスウエーハとしては、デバイス形成後のサファイアウエーハやシリコンカーバイドウエーハが用いられてもよい。また、パッケージ基板としてはCSP(Chip Size Package)基板、半導体基板としてはシリコンやガリウム砒素等、無機材料基板としてはサファイア、セラミックス、ガラス等が用いられてもよい。さらに、酸化物ウエーハとしては、デバイス形成後又はデバイス形成前のリチウムタンタレート、リチウムナイオベートが用いられてもよい。
以上説明したように、本発明は、被研削面に対する食い付き性能を改善することができるという効果を有し、特に、ウエーハの表面を研削する研削ホイール及び研削装置に有用である。
1 研削装置
20 チャックテーブル
21 保持面
22 テーブル回転手段
40 研削手段
42 スピンドルユニット
45 マウント
46 研削ホイール
47、471~473 セグメント砥石
50 進退手段
W ウエーハ

Claims (2)

  1. ウエーハを研削するためにセグメント砥石を環状に配設した研削ホイールであって、
    少なくとも該研削ホイールの径方向に厚みが異なる3つの該セグメント砥石を備え、該厚みが異なる3つのセグメント砥石を厚みの小さいセグメント砥石から厚みの大きいセグメント砥石の順に内周をそろえて環状に配設し隣どうしの該セグメント砥石に均等な隙間を備えたことを特徴とする研削ホイール。
  2. ウエーハを保持する保持面を有する保持テーブルと、該保持テーブルを所定の回転方向に回転させる保持テーブル回転手段と、請求項1記載の研削ホイールを装着して該保持テーブルの回転方向と同一方向に回転させるスピンドルユニットを有し該保持テーブルが保持したウエーハを研削する研削手段と、該研削手段を該保持面に対して垂直方向に移動させる研削送り手段と、該保持テーブルと該研削手段とを相対的に該保持面方向に移動させて保持テーブルが保持したウエーハの中心を該セグメント砥石が通過する位置関係に位置づける位置づけ手段とを備えた研削装置であって、
    該位置づけ手段により、該保持テーブルが保持したウエーハの中心を該研削ホイールの内周から最外周までの環状エリア内に位置づけ、
    ウエーハの上面を該セグメント砥石が研削する研削加工エリアは、該セグメント砥石の回転軌道でのウエーハの外周から中心までであって、
    該セグメント砥石の並び順は、該研削ホイールの回転方向の前方側から後方側に向けて、該研削ホイールの径方向にもっとも厚みの小さい該セグメント砥石からもっとも厚みの大きい該セグメント砥石への順に内周をそろえて配設されていて、該保持テーブルが保持したウエーハの外周から該セグメント砥石を進入させウエーハを研削することを特徴とする研削装置。
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