KR20080015884A - 교체식 차단 차폐부를 갖춘 내플라즈마성 시일 조립체 - Google Patents

교체식 차단 차폐부를 갖춘 내플라즈마성 시일 조립체 Download PDF

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마크 제임스 헬러
레슬리 엘. 피니
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듀폰 퍼포먼스 엘라스토머스 엘.엘.씨.
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Abstract

본 발명의 시일 조립체는 제1 및 제2 홈을 갖는 폐쇄 조립체와, 상기 제1 홈에 장착되는 고무 시일과, 상기 제2 홈에 제거 가능하게 장착되는 교체식 차단 스트랜드를 포함하며, 상기 차단부는 고무 시일과 플라즈마 소스 사이에 위치되며, 상기 차단부는 플라즈마의 부식 영향으로부터 고무 시일을 차폐한다.
시일 조립체, 고무 시일, 교체식 차단 스트랜드, 플라즈마, 엘라스토머 시일

Description

교체식 차단 차폐부를 갖춘 내플라즈마성 시일 조립체 {PLASMA RESISTANT SEAL ASSEMBLY WITH REPLACEABLE BARRIER SHIELD}
본 발명은 엘라스토머 시일이 플라즈마에 직접적으로 노출되는 것을 차폐하는 교체식 차단부를 갖춘 시일 조립체에 관한 것이다.
예를 들어, 반도체 장치와 같은 전자 부품의 제조용 장비에서 사용되는 엘라스토머 시일링 부품은 통상적으로 엄격한 특성 요건을 만족시켜야 한다. 구체적으로, 시일은 종종 엘라스토머의 열화를 야기시킬 수 있는 반응성 플라즈마, 부식성 세정 기체 및 고온에 노출되어, 물성의 손실 및 제조된 반도체 장치를 오염시킬 수 있는 잔류 물질의 발생을 초래한다.
통상적으로, 반도체 제조 장비에서 플라즈마에 노출될 엘라스토머 부품은 반응성 플라즈마에 대한 이들의 고유의 내성 때문에 퍼플루오로엘라스토머나, 플루오로엘라스토머 또는 실리콘 엘라스토머(고유 내성이 감소하는 순서대로 열거됨)로부터 제조된다. 그러나, 심지어 퍼플루오로엘라스토머라도 반응성 플라즈마에 노출되는 경우 시간이 지나면 열화된다. 시일의 수명은 노출 환경의 가혹함 및 플라즈마 환경에의 근접도에 의존한다.
다른 발명자들은 컴파운딩 첨가제의 적절한 선택에 의해 퍼플루오로엘라스토 머의 내플라즈마성을 개선하려는 시도가 있었다. 예를 들어, 레가르(Legare)(미국 특허 제5,696,189호)는 카본 블랙을 금속 충전제로 대체하고 엘라스토머 시일 조성물 내에 이산화티타늄 및 산 수용체를 포함시켰다. 가쯔히꼬(Katsuhiko) 등(JP 3303915 B2)은 엘라스토머 시일 조성물 내에 미세한 입도의 산화알루미늄을 사용하였다. 상기 특허는 모두 플라즈마의 공격에 대한 내성을 개선하고 잔류물 형성을 감소시키는 시일을 개시한다.
플라즈마에 의한 공격으로부터 고무 시일을 보호하기 위한 다른 방법은 플라즈마와 고무 시일 사이에 희생 차폐부를 위치시키는 것이다. 차폐부는 통상적으로 재료가 공격받거나 소비될 때 해로운 미립자를 남기지 않는 재료 또는 플라즈마 공격에 내성있는 재료로 제조된다. 이러한 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로(프로필 비닐 에테르)의 공중합체(PFA), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 그리고 폴리이미드를 포함한다. 사용시 이러한 차폐부는 고무 부분이 시일을 형성하는 본체와 접촉하도록 고무 시일이 장착되는 본체로부터 연장한다.
상업적으로 이용가능한 시일 및 차단 차폐부 조립체는 조립체가 제조될 때 설치되어야 하는 지속적인 링 차단부 및 접착 고무 시일을 포함한다. 접착 고무 시일 또는 차단 차폐 링은 본 기술 분야에서 용이하게 교체될 수 없다. 그러므로, 차단부 또는 고무 시일이 교체될 필요가 있을 때면 전체 조립체가 교체되어야 한다. 이러한 조립체는 제1 고무 시일을 보호하고 전체적인 시일 수명을 연장하기는 하나, 전체 시일 및 차단 차폐부 조립체를 교체해야하기 때문에 더 고가이다. 시 일 및 차단 차폐 조립체와 관련하여 시일 수명이 유지되는 동안 소모 비용을 최소화하는 것이 소망된다.
미국 특허 제5,722,668호는 차폐부가 플라즈마에 의해 부식될 때까지 플라즈마 공격으로부터 엘라스토머를 보호하는 차폐 칼라에 의해 적어도 부분적으로 덮이는 엘라스토머 시일을 개시한다. 차폐부가 부식되면, 엘라스토머 시일과 차폐 칼라는 교체되어야 한다.
미국 특허 제6,245,149 B1호는 노치되고 활주 가능하게 결합되는 단부를 가진 선형 스트랜드인 차단 차폐부에 의해 플라즈마 공격으로부터 보호되는 엘라스토머 시일을 개시한다. 차폐부는 시일과 플라즈마 사이의 위치에서 엘라스토머 시일이 배치되는 동일한 홈 내에 배치된다. 결과적으로, 플라즈마는 차폐부를 부식시킬 것이어서, 차폐부와 엘라스토머 시일 모두는 교체되어야 한다.
유럽 특허 공개 제1087157 A2호는 엘라스토머 시일-차단 차폐 조립체의 다양한 실시예를 개시한다. 모든 실시예에서, 시일 및 차폐부는 동일한 홈 내에서 접촉된다. 일 실시예는 외부면에 부착된 차단 차폐부를 가진 엘라스토머 차폐부이다. 다른 실시예는 엘라스토머 시일에 물리적으로 결합되지 않는 차폐부를 사용한다. 모든 경우에, 차단부가 부식되었을 때, 시일과 차단 차폐부 모두는 교체되어야 한다.
동적 슬릿 밸브 또는 게이트 밸브 도어 시일의 적용에 있어서, 밸브를 작동하는 동안 동일한 홈 내에서의 시일 및 차폐부의 보유를 어렵게 하기 때문에 종래 두 구조는 실제적이지 않다.
미국 특허 제6,764,265 B2호는 차단 차폐부에 의해 플라즈마 공격으로부터 보호되는 엘라스토머 시일을 갖는 밸브를 개시한다. 시일 및 차폐부는 밸브 폐쇄부가 아닌 밸브 시트 상에 장착되며, 플라즈마 소스의 연결 라인으로부터 제거되도록 배향된다. 차단 차폐부 및 엘라스토머 시일은 분리 홈 내에 위치된다. 시일과 차폐부 모두는 밸브 시트에 물리적으로 접착될 수 있거나 또는 노치나, 홈이나, 또는 기타 특징부 내에 위치됨으로 시트에 물리적으로 고정될 수 있다. 시일 및 차폐부를 밸브 시트에 접착시키는 것은 시일 또는 차단부가 교체되어야 할 때 밸브 시트의 교체를 요구한다.
본 발명의 일 태양은 제1 및 제2 홈을 갖는 폐쇄 조립체와, 상기 제1 홈에 장착되는 엘라스토머 시일과, 상기 제2 홈에 제거 가능하게 장착되는 교체식 차단 스트랜드를 포함하는 시일 조립체이며, 상기 차단 스트랜드는 상기 엘라스토머 시일이 반응성 플라즈마에 직접적인 노출되는 것을 차폐한다.
본 발명의 다른 태양은 반도체 웨이퍼 처리 장치에 사용되는 슬릿 밸브 도어이며, 제1 홈 내의 엘라스토머 시일과, 제2 홈에 제거 가능하게 장착되는 교체식 차단 스트랜드를 구비하고, 상기 차단 스트랜드는 고무 시일이 반응성 플라즈마에 직접적으로 노출되는 것을 차폐한다.
도1은 비압축 상태에서 본 발명의 시일 조립체의 실시예의 단면도를 도시하며, 엘라스토머 시일은 제1 홈 내의 폐쇄 조립체에 접착 또는 성형되며 차단 스트 랜드는 제2 홈 내에 제거 가능하게 장착된다.
도2는 압축 상태에서 본 발명의 시일 조립체의 실시예의 단면도를 도시하며, 엘라스토머 시일은 제1 홈 내의 폐쇄 조립체에 접착 또는 성형되며 차단 스트랜드는 제2 홈 내에 제거 가능하게 장착된다.
도3은 본 발명의 슬릿 밸브 도어의 평면도를 도시한다.
도4는 비압축 상태에서 본 발명의 시일 조립체의 다른 실시예의 단면도를 도시하며, 엘라스토머 시일은 폐쇄 조립체 상의 제1 홈에 제거 가능하게 장착되며 차단 스트랜드는 제2 홈 내에 제거 가능하게 장착된다.
도5는 압축 상태에서 본 발명의 시일 조립체의 다른 실시예의 단면도를 도시하며, 엘라스토머 시일은 폐쇄 조립체 상의 제1 홈에 제거 가능하게 장착되며 차단 스트랜드는 제2 홈 내에 제거 가능하게 장착된다.
도6a 내지 도6g는 차단 스트랜드의 여러 실시예의 단면도를 도시한다.
본 발명의 시일 조립체는 고무(즉, 엘라스토머) 시일 및 폐쇄 조립체 상에 제거 가능하게 장착되는(즉, 교체식인) 차단 차폐 스트랜드를 포함한다. 시일 및 차단 차폐 스트랜드는 폐쇄 조립체 상의 분리 홈 내에 있다. 엘라스토머 시일은 폐쇄 조립체에 영구적으로 접착될 수 있거나, 또는 선택적으로, 폐쇄 조립체에 제거 가능하게 장착될 수 있다(즉, 시일은 교체식일 수 있다). 사용시, 차단부는 고무 시일이 반응성 플라즈마에 직접적으로 노출되는 것을 차폐한다. 플라즈마에의 직접적인 노출은 고무를 부식시키고, 이어서 시일의 파손 및 표면 근처가 부식된 시일로부터의 입자에 의해 오염되는 결과를 가져온다. 차단 스트랜드는 시일로부터의 분리 홈에서 폐쇄 조립체 상에 제거 가능하게 장착되기 때문에, 부식 후 스트랜드는 새로운 차단부로 교체될 수 있으며 이로써, 고무 시일의 사용 가능한 수명이 증가된다. 결국, 고무 시일은 파손된다. 이때, 전체 시일 조립체가 교체되거나, 또는 교체 가능한 시일을 갖는 실시예에서는 시일만이 교체될 수 있다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 고무 시일(10)이 장착되는 폐쇄 조립체(20)와, 사용시 밀봉을 형성하도록 시일(10)을 압축하는 면(35)을 갖는 시일 시트(30)를 포함하는 시일 조립체이다. 시일(10)은 (도시되지 않은) 폐쇄 조립체(20)의 표면(55) 상에 직접 접착될 수 있거나, 또는 바람직하게는 도1에 도시된 바와 같이 측벽(40) 및 기부(50)를 갖는 제1 홈 또는 노치 내에 접착될 수 있다. 화학 접착제나, 기계적 접착제나, 폐쇄 조립체에의 압력 및 온도하에 엘라스토머 시일을 가황 처리하거나, 또는 이러한 공지된 기법을 두 개 또는 세 개 조합해서 사용함으로 접착이 이루어질 수 있다. "기계적 접착"은 폐쇄 조립체에 시일의 부착을 강화하기 위해, 시일이나 폐쇄 조립체 또는 둘 모두의 표면을 거칠게 하는 것이다. 시일(10)은 사용시 시일 시트(30)의 표면(35)과 접촉하기 위한 시일면(60)을 갖는다. 시일(10)은 도시된 바와 같이 일반적으로 포물선 단면을 가질 수 있거나, 또는 환형, 열장이음형(dovetail), 삼엽형(trilobe), 돔형 등의 임의의 잘 알려진 단면을 가질 수 있다. "A"로 표시된 화살표는 시일 조립체로 유입되는 플라즈마의 방향을 도시한다.
차단 스트랜드(70)는 대부분의 플라즈마가 시일(10)로의 직접적인 통로를 갖 지 않도록 차폐부를 형성한다. 차단 스트랜드(70)는 도1에 도시된 바와 같이 측벽(80) 및 기부(90)를 갖는 제2 홈 또는 노치에 제거 가능하게 장착된다. 홈 또는 노치는 도시된 바와 같이 일반적인 직사각형 형상을 가질 수 있거나, 또는 다르게, 홈의 측벽은 스트랜드(70)가 장착된 후 홈 내에 차폐부의 보유를 개선하기 위한 노치형이나, 톱니 모양이나, 또는 미늘형일 수 있다. 차단 스트랜드의 단면 구조에 따라, 홈은 또한 열장이음 형상을 가질 수 있다. 차단 스트랜드(70)는 사용시 시일 시트(30)의 면(35)과 접촉하기 위한 정합 표면(100)을 가진다. 도6a에 도시된 바와 같이, 차단 스트랜드(70)용의 양호한 단면은 통상적으로 하나 이상의 측 방향 핀 또는 리브(71)를 갖춘 T형이다. 핀 또는 리브(71)는 "T" 단면의 기부에 수직일 수 있으며 도시된 바와 같이 직사각형 형상, 또는 도6b의 등쪽 핀과 유사한 미늘 형상일 수 있다. 두 경우 모두에서, 리브 또는 핀(71)은 특별한 기구를 사용하지 않고도 차단 스트랜드가 홈에 용이하게 장착되도록 돕는다. 또한 리브 또는 핀(71)은 하나 이상의 홈 벽(80)과 맞물림으로 홈 내에 스트랜드(70)가 보유되도록 돕는다. 차단 스트랜드 구성에 통상적으로 사용되는 재료는 탄성 특성이 많지 않고 부족한 공학용 플라스틱이기 때문에, 설치를 용이하게 하기 위해 차단 스트랜드 구조에 가요적으로 통합시키는 것을 필요로 한다. 다르게, 차단 스트랜드는 도6c, 6d, 6e, 6f, 및 6g에 각각 도시된 바와 같이 핀이 없는 T형, 환형, 삼엽형, 치형 등의 기타 단면 형상을 가질 수 있으며, 도시된 표준 홈 구조 또는 열장이음형 홈에 사용될 수 있다. 그러나, 제2 홈 내의 차단 스트랜드(70)의 보유는 억지 끼움에 의존하며, 만약 이러한 대체 단면 형상이 상기 구조에 가요적으로 조립되지 않 는다면, 특정 기구를 사용하지 않고 홈 내에 설치하는 것은 더 어려워질 수 있다. 열장이음형 시일 및 삼엽형 시일은 미국 특허 제5,482,297호 및 제6,328,316호에 각각 기재되어 있다. 차단 스트랜드(70)의 길이는 시일(10)의 길이에 걸쳐 이어지기 때문에, 플라즈마의 직접적인 공격으로부터 시일이 차폐된다. 지속적인 차단 링을 장착 및 제거하는 것보다 스트랜드를 폐쇄 조립체(20)의 제2 홈에 장착하고 제2 홈으로부터 제거하는 것이 용이하기 때문에 스트랜드가 바람직하다. 차단 스트랜드(70)의 단부는 버트(butt) 조인트에서 만나며, 즉, 단부는 홈에서 겹치지 않으며 활주 가능하게 결합되지 않는다.
사용시, 차단부(70)는 시일 시트(30)의 면(35)과 접촉하고 시일(10)은 시일 시트(30)의 면(35)에 대해 압축된다(도2).
본 발명의 다른 실시예(도4)에서, 엘라스토머 시일(210)은 측벽(240) 및 기부(250)를 갖는 제1 홈에 제거 가능하게 장착된다. 홈 형상은 일반적인 직사각형, 열장이음형, 반 열장이음형 등 산업에 알려진 임의의 형상으로 있을 수 있다. 고무 시일(210)의 단면은 도시된 바와 같이 일반적인 환형일 수 있거나, 또는 삼엽형, 타원형, 열장이음형 등 고무 시일 산업에 알려진 임의의 형상일 수 있다.
사용시, 차단부(270)는 시일 시트(330)의 면(235)과 접촉하고 시일(210)은 시일 시트(330)의 면(235)에 대해 압축된다(도5).
본 발명의 다른 실시예는 슬릿 밸브 도어이다. 도3을 참조하면, 도어(200)는 (선택적으로 교체될 수 있는) 고무 시일(100) 및 교체식 차단 스트랜드(700)를 수용하기 위한 제1 및 제2 홈 또는 노치를 가진 폐쇄 조립체이다. 차단 스트랜 드(700)는 버트 조인트(750)에서 만나는 겹치지 않는 단부를 가진다. 사용시, 플라즈마는 "A"로부터 퍼지는 화살표에 의해 표시됨으로 도어(200)의 중심으로부터 도어의 주연부를 향해 외향으로 유동한다.
본 발명의 시일(10, 100, 210)에 사용하기에 적합한 엘라스토머는 퍼플루오로엘라스토머, 플루오로엘라스토머, 실리콘, 니트릴고무 및 에틸렌 엘라스토머(예를 들면, 염화 폴리에틸렌, EPDM, 에틸렌/올레핀 공중합체 등)를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 퍼플루오로엘라스토머, 플루오로엘라스토머 및 실리콘 고무가 바람직하다. 퍼플루오로엘라스토머가 특히 바람직하다. 일반적인 퍼플루오로엘라스토머, 플루오로엘라스토머 및 적합한 경화계는 당업계에 잘 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제6,281,296 B1호; 제6,114,452호, 제5,789,489호; 제4,214,060호; 및 제3,876,654호에 나타난다.
엘라스토머 컴파운딩에 일반적으로 이용되는 충전제, 안정화제, 가소제, 윤활제, 및 가공 보조제와 같은 첨가제가 본 발명의 엘라스토머 부품에 혼입될 수 있되, 이들은 목적하는 사용 조건에 대한 적절한 안정성을 가져야 한다.
충전제, 예를 들면 카본 블랙, 플루오로중합체, 폴리이미드, 및 무기 충전제(예를 들어, 이산화규소, 산화알루미늄, 알루미늄 실리케이트, 및 황산바륨)가 조성물의 모듈러스, 인장 강도, 신장율, 경도, 내마모성, 내플라즈마성, 및 가공성을 균형있게 하는 수단으로서, 본 발명에서 사용된 엘라스토머 조성물 중에 사용된다. 플루오로중합체 충전제(피브릴화 또는 비-피브릴화)는 엘라스토머 조성물의 제조 및 경화에 이용되는 최고 온도에서 바람직하게는 고체인, 임의의 미세하게 분 할되고 용이하게 분산되는 가소성 플루오로중합체일 수 있다. 고체란 플루오로플라스틱이 부분적으로 결정성일지라도 엘라스토머(들)의 공정 온도(들) 초과의 결정성 용융 온도를 갖는다는 것을 의미한다. 상기 미세하게 분할되고, 용이하게 분산되는 플루오로플라스틱은 통상적으로 미세분말 또는 플루오로첨가제로 불린다. 본 발명의 조성물 중에 사용되는 경우, 일반적으로 100 중량부의 고무 (즉, 엘라스토머) (phr) 당 1 내지 70 중량부의 충전제면 충분하다.
이산화티타늄과 같은 화이트너(whitener) 또한 본 발명에서 사용되는 엘라스토머 조성물 중에 존재할 수 있다.
폐쇄 조립체(20, 220), 도어(200) 및 시일 시트(30, 300)는 스테인레스 강 또는 알루미늄(예를 들어, 6061-T6 알루미늄) 등의 금속으로부터 제조될 수 있다. 바람직하게, 폐쇄 조립체(20) 및 시일 시트(30)는 동일한 재료로 제조된다.
차단 스트랜드(70, 270, 700)는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로(알킬 비닐 에테르)(PFA)의 공중합체 등의 비탄성 플루오로중합체로부터 제조될 수 있다. 다른 차단 재료는 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 및 폴리이미드를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. PTFE가 바람직하다.
본 발명의 시일 조립체는 플라즈마 환경에 반응하기 용이한 건조 처리 반도체 웨이퍼 제조 공정에 사용하기 특히 적합하다. 구체적인 적용에 도어 시일, 진자 밸브 시일 및 리드 시일을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 엘라스토머 부품용의 한가지 양호한 최종 용도는 슬릿 밸브 도어 시일이다.

Claims (18)

  1. 제1 및 제2 홈을 갖는 폐쇄 조립체와, 상기 제1 홈에 장착되는 엘라스토머 시일과, 상기 제2 홈에 제거 가능하게 장착되는 교체식 차단 스트랜드를 포함하며, 상기 차단 스트랜드는 상기 엘라스토머 시일이 반응성 플라즈마에 직접적으로 노출되는 것을 차폐하는 시일 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엘라스토머 시일은 상기 제1 홈 내에 접착되는 시일 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 엘라스토머 시일은 상기 제1 홈에 제거 가능하게 장착되는 시일 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 엘라스토머 시일은 퍼플루오로엘라스토머 시일인 시일 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 엘라스토머 시일은 포물선형 단면을 갖는 시일 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 차단 스트랜드는 폴리테트라플루오로에틸렌, PFA, 폴 리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌설파이드, 및 폴리이미드로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 중합체를 포함하는 시일 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 차단 스트랜드는 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 시일 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 차단 스트랜드는 상기 제2 홈의 적어도 하나의 벽과 결합하기 위한 적어도 하나의 리브를 갖는 시일 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 차단 스트랜드는 T형 단면을 갖는 시일 조립체.
  10. 반도체 웨이퍼 처리 장치에 사용되는 슬릿 밸브 도어이며,
    제1 홈 내의 엘라스토머 시일과, 제2 홈에 제거 가능하게 장착되는 교체식 차단 스트랜드를 구비하고, 상기 차단 스트랜드는 고무 시일이 반응성 플라즈마에 직접적으로 노출되는 것을 차폐하는 슬릿 밸브 도어.
  11. 제10항에 있어서, 상기 엘라스토머 시일은 상기 제1 홈 내에 접착되는 슬릿 밸브 도어.
  12. 제10항에 있어서, 상기 엘라스토머 시일은 상기 제1 홈에 제거 가능하게 장 착되는 슬릿 밸브 도어.
  13. 제10항에 있어서, 상기 엘라스토머 시일은 퍼플루오로엘라스토머 시일인 슬릿 밸브 도어.
  14. 제10항에 있어서, 상기 엘라스토머 시일은 포물선형 단면을 갖는 슬릿 밸브 도어.
  15. 제10항에 있어서, 상기 차단 스트랜드는 폴리테트라플루오로에틸렌, PFA, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌설파이드, 및 폴리이미드로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 중합체를 포함하는 슬릿 밸브 도어.
  16. 제15항에 있어서, 상기 차단 스트랜드는 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 슬릿 밸브 도어.
  17. 제10항에 있어서, 상기 차단 스트랜드는 상기 제2 홈의 적어도 하나의 벽과 결합하기 위한 적어도 하나의 리브를 갖는 슬릿 밸브 도어.
  18. 제17항에 있어서, 상기 차단 스트랜드는 T형 단면을 갖는 슬릿 밸브 도어.
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