KR20070082350A - 액상의 원료 소스의 공급 장치 및 재활용 방법 - Google Patents

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KR20070082350A
KR20070082350A KR1020060015060A KR20060015060A KR20070082350A KR 20070082350 A KR20070082350 A KR 20070082350A KR 1020060015060 A KR1020060015060 A KR 1020060015060A KR 20060015060 A KR20060015060 A KR 20060015060A KR 20070082350 A KR20070082350 A KR 20070082350A
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유정호
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Abstract

본 발명은 고가의 원료 소스가 액상에서 기상으로 기화되기 전에 액상의 원료 소스 포집기를 통해 액상의 원료 소스를 재활용할 수 있는 액상의 원료 소스 공급 장치 및 액상의 원료 소스 재활용 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 액상의 원료 소스 공급 장치는 제 1 배관을 통해 반응 챔버에 연결된 소스 탱크와, 제 1 배관에 배치되어 소스 탱크의 액상의 원료 소스를 기화시키는 기화기와, 그리고 기화기와 소스 탱크 사이에서 제 1 배관으로부터 분기되는 제 2 배관에 연결되고 소스 탱크와 제 3 배관을 통해 연결되며 원료 소스를 포집하는 원료 소스 포집기를 포함한다. 본 발명에 따른 액상의 원료 소스 재활용 방법은 소스 탱크로부터 기화기를 통해 반응 챔버로 액상의 원료 소스를 공급하는 단계와, 반응 챔버로 유입되는 원료 소스 공급을 차단하는 단계와, 액상의 원료 소스를 원료 소스 포집기로 유도하는 단계와, 그리고 원료 소스 포집기의 원료 소스를 소스 탱크로 재충진하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의해 원료 소스 포집기를 포함하는 액상의 원료 소스 공급 장치 및 액상의 원료 소스 재활용 방법을 제공함으로써 액상의 원료 소스를 재활용하여 고가의 원료 소스의 낭비를 최소화할 수 있다.
액상의 원료 소스, 박막 증착 장치, 원료 소스 포집기, 기화기

Description

액상의 원료 소스의 공급 장치 및 재활용 방법 {SUPPLYING APPARATUS AND RECYCLING METHOD FOR LIQUID RAW SOURCE}
도 1은 종래 기술에 따른 액상의 원료 소스 공급 장치의 개략도.
도 2는 본 발명에 따라 원료 소스 포집기를 구비하는 액상의 원료 소스 공급 장치의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 액상의 원료 소스 공급 장치에서 원료 소스의 공급 단계를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 액상의 원료 소스 공급 장치에서 원료 소스를 원료 소스 포집기로 유도하는 단계를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 액상의 원료 소스 공급 장치에서 원료 소스 포집기로 유도된 원료 소스를 소스 탱크로 재활용하는 단계를 도시하는 도면.
※도면의 주요 부재에 대한 부호의 설명※
110 : 원료 소스 120 : 소스 탱크
130 : 기화기 140 : LMFC
150 : 반응 챔버 160 : 불활성 캐리어 가스 공급부
170 : 제 1 배관 171 : 제 1 밸브
210 : 원료 소스 포집기 220 : 제 2 밸브
230 : 제 2 배관 240 : 제 3 밸브
250 : 제 3 배관 260 : 제 4 밸브
280 : 불활성 가스 공급부
본 발명은 박막 증착 장치에서 액상의 원료 소스를 재활용하기 위한 액상의 원료 소스 포집기를 포함하는 액상의 원료 소스 공급 장치 및 액상의 원료 소스 재활용 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 고가의 원료 소스가 액상에서 기상으로 기화되기 전에 액상의 원료 소스 포집기를 통해 액상의 원료 소스를 재활용할 수 있는 액상의 원료 소스 공급 장치 및 액상의 원료 소스 재활용 방법에 관한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술의 액상의 원료 소스 공급 장치에 관하여 설명한다. 도 1은 종래 기술에 따른 액상의 원료 소스 공급 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 액상의 원료 소스 공급 장치(100)는 박막 증착을 위한 원료 소스(10)가 담긴 소스 탱크(20)와, 소스 탱크(20)로부터 공급된 액상의 원료 소스를 기화시키는 기화기(30), 소스 탱크(20)와 기화기(30) 사이에 설치되어 소스 탱크(20)로부터 공급되는 원료 소스의 양을 제어하는 액체 유량 제어 밸브인 액체 유량 제어기(40, LMFC, Liquid Mass Flow Controller), 및 상기 기화기(30)에서 기화된 원료 소스를 불활성 캐리어 가스에 의해 반응 챔버(50)로 공급하는 불활성 캐리어 가스 공급부(60)를 포함한다.
소스 탱크(20)는 박막 증착을 위한 원료 소스(10)를 담고 있으며, 기화기(30)와는 배관(70)을 통해 연결된다. 상기 배관(70)에는 원료 소스(10)의 공급을 제어하는 제 1 밸브(71)가 마련된다. 원료 소스(10)의 공급은 불활성 가스 공급부(21)로부터 공급된 불활성 가스가 원료 소스(10)를 가압함으로써 수행된다. 소스 탱크(20)로부터 공급된 원료 소스(10)는 원료 소스의 양을 제어하는 LMFC(40)를 통해 기화기(30)로 공급된다.
기화기(30)는 LMFC(40)의 하류에 배치되어 이를 통해 공급된 원료 소스(10)를 기화시킨다. 기화된 원료 소스는 기화기(30)에 연결된 불활성 캐리어 가스 공급부(60)로부터 공급된 불활성 캐리어 가스에 의해 반응 챔버(50)로 전달된다. 상기 불활성 캐리어 가스는 기화기(30)에 공급되기 전에 나선형 히터(80, spiral heater)에 의해 예열된다. 불활성 캐리어 가스에 의해 공급된 원료 소스는 챔버용 밸브(72)를 개방함으로써 반응 챔버(50) 내로 공급된다. 일정량의 원료 소스가 반응 챔버(50)에 공급되어, 반응 챔버(50) 내에서 박막 증착 공정이 수행되며 이후 챔버용 밸브(72)는 폐쇄된다. 이때, 각종 배관에 남아 있는 원료 소스는 기화된 상태로 펌프용 밸브(73) 및 펌프(90)에 의해 모두 버려지게 되어 생산성 대비 제조 원가를 상승시키는 문제를 초래한다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 원료 소스 공급 장치에서 기화기 상류에 별도의 원료 소스 포집기를 장착하여 액상의 원료 소스를 재활용함으로써 고가의 원료 소스의 낭비를 최소화할 수 있는 원료 소스 포집기를 포함하는 액상의 원료 소스 공급 장치 및 액상의 원료 소스 재활용 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 액상의 원료 소스 공급 장치는 제 1 배관을 통해 반응 챔버에 연결된 소스 탱크와, 상기 제 1 배관에 배치되어 상기 소스 탱크의 액상의 원료 소스를 기화시키는 기화기와, 그리고 상기 기화기와 소스 탱크 사이에서 제 1 배관으로부터 분기되는 제 2 배관에 연결되고 상기 소스 탱크와 제 3 배관을 통해 연결되며 원료 소스를 포집하는 원료 소스 포집기를 포함한다.
여기서, 상기 제 1 배관에는 상기 제 2 배관의 분기점의 전후에 상기 소스 탱크에 인접하게 제 1 밸브가 구비되고 상기 기화기에 인접하게 제 2 밸브가 구비되며, 상기 제 2 배관에는 제 3 밸브가 구비되며, 상기 제 3 배관에는 제 4 밸브가 구비된다. 상기 제 2 밸브 및 상기 제 3 밸브는 선택적으로 개방될 수 있다. 상기 제 1 배관과 제 2 배관의 분기점에는 3방향 밸브가 설치될 수 있다. 상기 원료 소스 포집기의 원료 소스는 불활성 가스의 가압에 의해 제 3 배관을 통해 소스 탱크로 재충진된다.
본 발명에 따른 액상의 원료 소스 재활용 방법은 소스 탱크로부터 기화기를 통해 반응 챔버로 액상의 원료 소스를 공급하는 단계와, 상기 반응 챔버로 유입되는 원료 소스 공급을 차단하는 단계와, 상기 액상의 원료 소스를 원료 소스 포집기로 유도하는 단계와, 그리고 상기 원료 소스 포집기의 원료 소스를 상기 소스 탱크 로 재충진하는 단계를 포함한다.
여기서, 액상의 원료 소스 공급 단계는, 상기 기화기에서 액상의 원료 소스를 기화시키는 단계, 및 상기 기화된 원료 소스를 반응 챔버에 공급하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 유도하는 단계는 상기 소스 탱크에서 상기 기화기로 공급되는 원료 소스를 차단하는 단계, 및 상기 소스 탱크에서 상기 원료 소스 포집기로 원료 소스의 유동을 허용하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 재충진 단계는 상기 원료 소스 포집기에 불활성 가스를 유입시켜 원료 소스를 소스 탱크로 공급시키는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 실시예들은 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 부재를 지칭한다.
도 2는 본 발명에 따라 원료 소스 포집기를 구비하는 액상의 원료 소스 공급 장치의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 액상의 원료 소스 공급 장치(200)는 박막 증착을 위한 원료 소스(110)를 저장하고 반응 챔버(150)와 제 1 배관(170)을 통해 연결된 소스 탱크(120)와, 상기 제 1 배관(170)에 배치되어 소스 탱크(120)의 액상 의 원료 소스를 기화시키는 기화기(130), 상기 기화기(130)와 소스 탱크(120) 사이에서 제 1 배관(170)으로부터 분기되는 제 2 배관(230)에 연결되어 소스 탱크(120)로 원료 소스를 포집하는 원료 소스 포집기(210)를 포함한다. 또한, 상기 원료 소스 공급 장치(200)는 소스 탱크(120)와 기화기(130) 사이의 제 1 배관(170)에 설치되어 소스 탱크(120)로부터 공급되는 원료 소스(110)의 양을 제어하는 액체 유량 제어 밸브인 액체 유량 제어기(140, LMFC, Liquid Mass Flow Controller)와, 상기 기화기(130)에서 기화된 원료 소스를 불활성 캐리어 가스에 의해 반응 챔버(150)로 공급하는 불활성 캐리어 가스 공급부(160)를 더 포함한다.
소스 탱크(120)는 박막 증착을 위한 원료 소스(110)를 담고 있으며, 기화기(130)와는 제 1 배관(170)을 통해 연결된다. 상기 제 1 배관(170)에는 원료 소스(110)의 공급을 제어하는 제 1 밸브(171)가 마련된다. 원료 소스(110)의 공급은 제 1 불활성 가스 공급부(121)로부터 공급된 불활성 가스가 원료 소스(110)를 가압함으로써 수행된다. 소스 탱크(120)로부터 공급된 원료 소스는 원료 소스의 양을 제어하는 LMFC(140)를 통해 기화기(130)로 공급된다. 이때, 기화기(130) 상류에 있는 제 2 밸브(220)는 개방되어 있다.
기화기(130)는 LMFC(140)의 하류에 배치되어 이를 통해 공급된 일정량의 원료 소스(110)를 기화시킨다. 기화된 원료 소스는 기화기(130)에 연결된 불활성 캐리어 가스 공급부(130)로부터 공급된 불활성 캐리어 가스에 의해 반응 챔버(150)로 전달된다. 상기 불활성 캐리어 가스 공급부(160)로부터 공급된 불활성 캐리어 가스는 기화기(130)에 공급되기 전에 나선형 히터(180)에 의해 예열된다. 불활성 캐 리어 가스에 의해 공급된 원료 소스는 챔버용 밸브(172)를 개방함으로써 반응 챔버(150) 내로 공급되고 반응 챔버(150) 내에서는 박막 증착 공정이 개시된다. 일정량의 원료 소스가 반응 챔버(150)에 공급된 후, 챔버용 밸브(172)는 폐쇄된다.
LMFC(140)와 제 2 밸브(220) 사이의 제 1 배관(170)으로부터 제 2 배관(230)이 분기되며, 상기 제 2 배관(230)은 원료 소스 포집기(210)와 연결된다. 제 2 배관(230)에는 제 2 밸브(220)의 폐쇄시에 개방되는 제 3 밸브(240)가 마련된다. 즉, 제 2 밸브(220)와 제 3 밸브(240)는 선택적으로 개방될 수 있다. 제 2 밸브(220)가 폐쇄되고 제 3 밸브(240)가 개방되면, 소스 탱크(120)로부터 LMFC(140)를 통해 공급된 원료 소스는 기화기(130)를 통과하지 않으므로 액체 상태를 그대로 유지한 상태에서 제 3 밸브(240)를 통해 원료 소스 포집기(210)로 포집된다.
상기 원료 소스 포집기(210)는 포집된 원료 소스를 재활용하기 위해 제 3 배관(250)을 통해 소스 탱크(120)와 연결된다. 제 3 배관(250)에는 원료 소스 포집기(210)로부터 소스 탱크(120)로의 원료 소스 공급을 제어하기 위한 제 4 밸브(260)가 마련된다. 원료 소스 포집기(210)에 일정량 이상의 원료 소스가 포집되면 제 4 밸브(260)가 개방되며, 제 2 불활성 가스 공급부(280)로부터 공급된 불활성 가스가 포집된 원료 소스를 가압하여 제 3 배관(250)을 통해 소스 탱크(120)로 원료 소스를 재충진시켜 이를 재활용한다. 여기서, 제 3 배관(250)에는 하나의 제 4 밸브(260)가 마련되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 제 3 배관(250)에서 상기 소스 탱크(120)와 원료 소스 포집기(210)에 각각 인접하게 배치된 밸브가 마련될 수도 있다. 한편, 소스 탱크(120)는 소스 탱크(120)의 원료 소스가 일정량 이하일 때, 원료 소스 포집기(210)와는 별도로 이를 충진시키기 위한 충진 탱크(290)와 연결되어 있다. 충진 탱크(290)를 통한 원료 소스의 충진 또한 소스 탱크(120) 및 원료 소스 포집기(210)와 동일하게 제 3 불활성 가스 공급부(291)로부터 공급된 불활성 가스에 의해 수행된다. 이때, 제 6 밸브(292)는 개방된 상태에 있다.
도 3은 본 발명에 따른 액상의 원료 소스 공급 장치에서 원료 소스의 공급 단계를 도시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 반응 챔버(150)에서 박막 증착 공정을 수행하기 위해 원료 소스(110)는 소스 탱크(120)로부터 반응 챔버(150)로 공급된다. 이때, 제 1 밸브(171), 제 2 밸브(220) 및 챔버용 밸브(172)는 개방된 상태이다. 이에 대해 보다 자세히 설명하면, 소스 탱크(120)에 저장된 원료 소스(110)는 제 1 불활성 가스 공급부(121)로부터 공급된 불활성 가스에 의해 가압되어 제 1 배관(170)을 통해 공급된다. 그 후, 원료 소스(110)는 원료 소스의 유량을 단위 시간당 부피 또는 질량으로 제어하는 LMFC(140)를 통해 원하는 박막 증착 공정에서 요구되는 정확한 양이 기화기(130)로 유입되어 기화된다. 기화기(130)에서 기화된 원료 소스는 기화기(130)에 연결된 불활성 캐리어 가스 공급부(160)로부터 공급된 불활성 캐리어 가스에 의해 반응 챔버(150)로 전달된다. 상기 불활성 캐리어 가스는 기화기(130)에 공급되기 전에 나선형 히터(180, spiral heater)에 의해 예열된다. 불활성 캐리어 가스에 의해 공급된 원료 소스는 챔버용 밸브(172)를 개방함으로써 반응 챔버(150) 내로 공급되어 반응 챔버(150) 내에서는 박막 증착 공정이 개시된다. 일정량의 원료 소스가 반응 챔버(150)에 공급된 후, 챔버용 밸브(172)는 폐쇄되고, 펌프용 밸브(173)가 개방되어 불활성 캐리어 가스 공급부(160)로부터 공급되는 캐리어 가스가 펌프용 밸브(173) 및 펌프(190)를 통해 배출된다. 이러한 반응 챔버(150)로의 원료 소스 공급을 소정 시간 간격을 두고 반복함에 의해 반응 챔버 내의 기판 위에 원하는 박막을 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 액상의 원료 소스 공급 장치에서 원료 소스를 원료 소스 포집기로 유도하는 단계를 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 박막 증착 공정을 수행하는데 필요한 양의 원료 소스가 반응 챔버(150)에 공급되면, 원료 소스를 원료 소스 포집기(210)로 유도하기 위해 제 2 밸브(220)는 폐쇄되고 제 3 밸브(240)가 개방된다. 따라서, 소스 탱크(120)로부터 LMFC(140)를 통해 공급된 원료 소스는 제 3 밸브(240)가 설치된 제 2 배관(230)을 통해 원료 소스 포집기(210)로 유도된다.
도 5는 본 발명에 따른 액상의 원료 소스 공급 장치에서 원료 소스 포집기로 유도된 원료 소스를 소스 탱크로 재충진하는 단계를 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제 2 밸브(220)가 폐쇄되고 제 3 밸브(240)가 개방되어 원료 소스 포집기(210)에 일정량 이상의 원료 소스가 채워지면 이러한 원료 소스를 재활용하기 위해 원료 소스 포집기(210)와 소스 탱크(120)를 연결시키는 제 3 배관 (250)의 제 4 밸브(260)를 개방시킨다. 그 후, 제 2 불활성 가스 공급부(280)로부터 공급된 불활성 가스로 원료 소스 포집기(210)에 채워진 원료 소스를 가압함으로써 고가의 원료 소스가 재충진되고, 이를 재활용할 수 있다. 이때, 제 2 배관(230) 및 제 3 배관(250)을 연결하여 바로 제 2 배관(230)으로 유도되는 원료 소스를 소스 탱크(120)로 재충진할 수도 있으나, 별도의 원료 소스 포집기(210)를 마련한 것은 소스 탱크(120)가 일정한 압력의 불활성 가스의 가압에 의해 안정한 원료 소스를 공급하여야 하기 때문이다. 즉, 원료 소스를 재활용시키기 위해 제 2 배관(230) 및 제 3 배관(250)을 통해 직접 소스 탱크(120)로 원료 소스를 공급하면 소스 탱크(120)로 재충진되기 위해 공급되는 원료 소스에 의해 소스 탱크(120) 내로 유입되는 불활성 가스의 압력이 불안해져, 결국 제 1 배관(170)을 통한 원료 소스의 공급이 불안정해지게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 제 2 밸브(220) 및 제 3 밸브(240)를 각각 별도의 밸브로 구성하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 제 1 배관(170)과 제 2 배관(230)의 분기점에 3방향 밸브를 배치할 수도 있음을 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 소스 탱크(120), 원료 소스 포집기(210) 및 충진 탱크(290) 내의 원료 소스를 가압하기 위해 불활성 가스를 공급하는 각각의 불활성 가스 공급부(121, 280, 291)가 마련되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 단일의 불활성 가스 공급부를 설치하여 상기 소스 탱크, 원료 소스 포집기 및 충진 탱크(120, 210, 290) 내의 원료 소스를 가압하기 위해 공급되는 불활성 가스 의 양을 각각 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 도시하지 않았지만, 원료 소스의 흐름을 제어하기 위한 각각의 밸브에는 이들을 제어하기 위한 제어부가 마련되어 있음을 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의해 원료 소스 포집기를 포함하는 액상의 원료 소스 공급 장치 및 액상의 원료 소스 재활용 방법을 제공함으로써 액상의 원료 소스를 재활용하여 고가의 원료 소스의 낭비를 최소화할 수 있다. 또한 이를 통해 박막 제조 원가를 절감할 수 있다.

Claims (9)

  1. 제 1 배관을 통해 반응 챔버에 연결된 소스 탱크,
    상기 제 1 배관에 배치되어 상기 소스 탱크의 액상의 원료 소스를 기화시키는 기화기, 및
    상기 기화기와 소스 탱크 사이에서 제 1 배관으로부터 분기되는 제 2 배관에 연결되고, 상기 소스 탱크와 제 3 배관을 통해 연결되며 원료 소스를 포집하는 원료 소스 포집기를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액상의 원료 소스 공급 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 배관에는 상기 제 2 배관의 분기점의 전후에 상기 소스 탱크에 인접하게 제 1 밸브가 구비되고 상기 기화기에 인접하게 제 2 밸브가 구비되며, 상기 제 2 배관에는 제 3 밸브가 구비되며, 상기 제 3 배관에는 제 4 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는,
    액상의 원료 소스 공급 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 2 밸브 및 상기 제 3 밸브는 선택적으로 개방되는 것을 특징으로 하는,
    액상의 원료 소스 공급 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 배관과 제 2 배관의 분기점에는 3방향 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는,
    액상의 원료 소스 공급 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 소스 포집기의 원료 소스는 불활성 가스의 가압에 의해 제 3 배관을 통해 소스 탱크로 재충진되는 것을 특징으로 하는,
    액상의 원료 소스 공급 장치.
  6. 소스 탱크로부터 기화기를 통해 반응 챔버로 액상의 원료 소스를 공급하는 단계,
    상기 반응 챔버로 유입되는 원료 소스 공급을 차단하는 단계,
    상기 액상의 원료 소스를 원료 소스 포집기로 유도하는 단계, 및
    상기 원료 소스 포집기의 원료 소스를 상기 소스 탱크로 재충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액상의 원료 소스 재활용 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    액상의 원료 소스 공급 단계는,
    상기 기화기에서 액상의 원료 소스를 기화시키는 단계, 및
    상기 기화된 원료 소스를 반응 챔버에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액상의 원료 소스 재활용 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 유도하는 단계는,
    상기 소스 탱크에서 상기 기화기로 공급되는 원료 소스를 차단하는 단계, 및
    상기 소스 탱크에서 상기 원료 소스 포집기로 원료 소스의 유동을 허용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액상의 원료 소스 재활용 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 재충진 단계는,
    상기 원료 소스 포집기에 불활성 가스를 유입시켜 원료 소스를 소스 탱크로 공급시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액상의 원료 소스 재활용 방법.
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