JP2002288888A - 基板搬送装置及びそれを用いた基板処理装置 - Google Patents
基板搬送装置及びそれを用いた基板処理装置Info
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Abstract
と基板ホルダ位置とのずれを防止し、2つ又はそれ以上
のロボットアームを用いて複数の基板を同時に装着可能
な基板搬送装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 ディスク状基板が挿入される円形の開口
を有し、該開口の周辺に前記基板の外周端面を把持する
複数のバネ部材が取り付けられた板状の基板ホルダと、
2つの該基板ホルダをホルダ面が同一面となるように取
り付けるスライダ部材とからなる基板搬送装置であっ
て、前記スライダ部材に前記基板ホルダの下部が挿入可
能な溝を2つ所定の間隔を開けて形成し、各々の溝の内
部であって前記スライダ部材の中心側の端部に可動部材
を配置するとともに、該可動部材を前記スライダ部材の
端部側に付勢する弾性体を配置し、前記基板ホルダの側
端面を前記スライダ部材の端部側に押しつけて固定する
構成としたことを特徴とする。
Description
ディスク等に用いられるドーナツ状のディスク基板を複
数個支持し搬送するための基板搬送装置及びそれを用い
た基板処理装置に係り、特に複数基板の同時装着を安定
して行うことができる基板搬送装置に関する。
有するドーナツ状のアルミニウム製基板の両面に下地
膜、磁性薄膜、及び保護膜が形成された積層構造を有す
る。このような磁気ディスクの製造には、例えば、図3
に示したインライン型製造装置が用いられる。この装置
は、ロボットにより基板を補助室のカセットから取り出
し、基板搬送装置(キャリア)1に搭載するロード室1
01と、基板の加熱室102と、スパッタ室やプラズマ
CVD(PCVD)等の成膜室103と、処理済みの基
板をキャリアから取り外し補助室のカセットに戻すアン
ロード室104とから構成され、各室はゲートバルブ1
06を介して接続されている。なお、装置の4隅に位置
する真空室105は、キャリアの方向を90゜回転して
次の真空室にキャリア1を送るための方向転換室であ
り、ロード室101で基板を搭載したキャリア1は、各
室に敷設された搬送路上を移動する。
手順を説明する。図6は、(a)キャリア構造を示す模
式的正面図、(b)基板ホルダの正面図、及び(c)A
−A’線の矢視図である。キャリア1は、図6に示すよ
うに、2枚の板状基板ホルダ20と、これらを保持する
スライダ部材10とからなり、スライダ部材が搬送路上
を移動して基板を搬送する。スライダ部材10の断面
は、図6(c)に示すように、くぼみ部10bが形成さ
れたコの字形状をなし、上部の肉厚部10aには基板ホ
ルダを嵌合するスリット状の溝がくぼみ部10bへ貫通
して形成されている。なお、高特性磁性薄膜の成膜は、
通常基板に所定のバイアスを印加しながら行われるた
め、スライダ部材の溝部と基板ホルダとの嵌合部には、
絶縁部材11が取り付けられ、基板ホルダはスライダ部
材から電気的に絶縁されている。
すように、その下部が2段階に幅狭となる形状をしてお
り、中間部20bが絶縁部材11と嵌合し、先端部20
cはくぼみ部10bに突出して、不図示のバイアス用端
子と接触できる構造となっている。また、基板ホルダ2
0の上部には、基板30が挿入される円形の開口20a
が形成され、基板を支持するためのL字型インコネル製
バネ部材21,22,23が3個、ネジ24により固定
されている。バネ部材の先端部には、V字状の溝が形成
され、この溝が支持爪として働き基板外周端面を把持す
る。溝の開き角度は成膜を妨害しないように、例えば1
60゜程度の広い角度とされている。なお、3つのバネ
部材のうち、下部に取り付けられるバネ部材(可動バネ
部材)23は、基板装着及び脱着時に、開閉機構(不図
示)により下方に押し下げられる。
されたキャリア1は、ロード室101に搬送され、未処
理基板が2枚装着される。キャリア1は、位置決めピン
等によりロボットアームの進入方向と第1の基板ホルダ
中心とが一致する位置で停止する。この間、補助室10
1a内のロボットは、アームが2枚の基板の内周端面上
部を載置した状態で待機している。キャリアの位置決め
がされると、可動バネ部材23が押し下げられるととも
に、ロボットアームが前進する。アームに保持された基
板が支持爪の位置にきたところで前進を停止し、続いて
所定高さ上昇して基板外周端面を上部の2つのバネ部材
の支持爪21,22に当接させる。ここで、可動バネ部
材23を戻して、3つの支持爪で基板を把持させる。こ
の後、ロボットアームは後方に退避し、再びキャリア1
を第2の基板ホルダ中心がアーム位置に来るまで移動さ
せ、同様に2枚目の基板をホルダに装着する。なお、ア
ンロード室での基板の脱着は、逆の操作が行われる。
ャリアは、各室のキャリアとともに同時に移動して次の
処理室に送られる。未処理の基板を搭載したキャリア
は、まず加熱室102に移動し、2枚の基板は両側から
カーボンヒータ等により、例えば220℃程度に加熱さ
れる。続いて、成膜室103に順次送られ、下地膜、磁
性薄膜、保護膜が2枚同時に両面に形成され、その後ア
ンロード室104でキャリアから処理済み基板が取り外
される。このようにして積層構造の磁気ディスクが連続
して作製される。なお、成膜室等処理室の数は、作製し
ようとする磁気ディスクの膜構成及び各処理のタクトタ
イムに応じて定められる。
り、高特性磁気ディスクを安定して生産することが可能
となった。その一方、より生産性の高い製造装置が強く
望まれており、そのためには、キャリアの搬送時間やキ
ャリアへの基板の装着時間をさらに短縮する必要があっ
た。そこで、本発明者は、キャリアの搬送時間を短縮す
るための検討として、例えば、特開平10−15993
4号公報に開示した磁気結合を利用した搬送機構を用
い、かつキャリアの材質にAl系金属材料を用いて軽量
化することにより、600mm/sec以上の高速移動
を可能とした。この搬送機構は、図4に示すように、ス
ライダ部材10の底面に垂直方向に着磁された磁石14
を着磁方向を交互に逆にして取り付けるとともに、複数
のらせん状磁石が外周面に取り付けられた回転ローラ4
0を搬送路に沿って配置したものであり、ローラ40を
回転することによりキャリアを浮上させた状態で移動さ
せる機構である。
は、急加速、急減速させる必要があり、停止時等の衝撃
により基板ホルダ20がスライダ部材10からずれてし
まい、ロード室やアンロード室で基板の装着・脱着に支
障をきたす場合が起こった。そこで、基板ホルダの保持
機構を改善し、図4に示すように、スライダ部材10の
溝内部に配置される2つの絶縁部材のうち、外側の絶縁
部材11aを可動とし、これをバネ強度の大きなインコ
ネル製板バネ12でスライダ部材の中心方向に押さえつ
け、ネジ13で固定する構造のキャリアを考案した。こ
のような構成とすることにより、基板ホルダのずれはな
くなって高速な基板搬送が可能となり、搬送時間の短縮
化を達成することができた。
を短縮化するために、図5に示すように、ロボットアー
ムを二股とし、2つのアーム44でカセット45から同
時に2つの基板30を取り出し、基板ホルダに装着する
方法を検討した。しかしながら、実際に2股アームのロ
ボットを用い、図4に示したキャリアに基板を装着して
磁気ディスクの連続生産を行ったところ、基板外周面に
支持爪の傷がついて不良品となったり、あるいは基板が
落下する事故が起こり時には製造装置を停止しなければ
ならないという事態が起こった。
従来のロボットアームではほとんど起こらず、特に、2
股アームを用いた場合に起こり易くなった現象であるこ
とから、ロボットアーム位置と基板ホルダ中心位置の位
置決め精度と上記現象との関係を調べたところ、アーム
中心軸と基板ホルダ開口中心との間に0.5mm程度の
微少なずれがあっても、基板の傷や落下等の問題が起こ
ることが分かった。これは、ずれがあると、アームを所
定高さ上昇させる際に上部支持爪の一方に強い力が加わ
ってしまって傷が付き、また爪と基板外との当接点は滑
ることがないため、可動爪23を上昇させた際に基板は
3つの爪で均等に支持されず、極端な場合は2点支持と
なって基板が落下するものと考えられる。
距離とのずれの原因を種々調査する中で、基板加熱に伴
うスライダ部材及び基板ホルダの熱膨張に着目し、連続
運転時の温度測定を行ったところ、例えば基板を220
℃に加熱する場合、図4において、基板ホルダのA点は
280℃、絶縁部材(B)は150℃、キャリア中心部
(C)は100℃、くぼみ部(D)は93℃程度となる
ことが分かった。そこで、各部材の熱膨張係数から、キ
ャリア中心から基板ホルダ中心までの距離を計算したと
ころ、3.5インチ基板の場合で、基板ホルダ中心とキ
ャリア中心との距離は、室温の場合と比べて約0.4m
m伸びることが分かった。即ち、ロボットアームと基板
ホルダ中心とは、熱処理により0.4mm程度のずれが
起こり得ることが分かり、熱膨張が基板の傷及び落下の
原因となることが分かった。
加えて完成したものである。なお、キャリアの熱膨張に
起因する基板の傷や落下の問題を防止するために、熱膨
張を考慮してその分広くロボットアームの間隔を設定し
ておくことも考えられるが、キャリア温度が一定になる
まで基板を装着せずに空運転する必要があり、また、プ
ロセス条件が変わるごとにアームの微妙な調整をしなけ
ればないという煩雑な工程が必要となるという問題があ
る。
起因するアーム位置と基板ホルダ位置とのずれを抑え、
2つ又はそれ以上のロボットアームを用いて複数の基板
を同時に装着可能な基板搬送装置を提供することを目的
とする。さらに本発明は、高スループットの生産を安定
して行える基板処理装置を提供することを目的とする。
は、ディスク状基板が挿入される円形の開口を有し、該
開口の周辺に前記基板の外周端面を把持する複数のバネ
部材が取り付けられた板状の基板ホルダと、2つの該基
板ホルダをホルダ面が同一面となるように取り付けるス
ライダ部材と、からなる基板搬送装置であって、前記ス
ライダ部材に前記基板ホルダの下部が挿入可能な溝を2
つ所定の間隔を開けて形成し、各々の溝の内部であって
前記スライダ部材の中心側の端部に可動部材を配置する
とともに、該可動部材を前記スライダ部材の端部側に付
勢する弾性体を配置し、前記基板ホルダの側端面を前記
スライダ部材の端部側に押しつけて固定する構成とした
ことを特徴とする
部材の中心側から外側に押しつけるように可動部材及び
弾性体を配置する構成としたため、スライダ部材及び基
板ホルダ等が熱処理により加熱されて膨張しても、スラ
イダ部材の熱膨張による展延方向と基板ホルダーの熱膨
張による展延方向が逆向きとなり、2つの基板ホルダ中
心間距離は室温の場合と実質的に同一に保つことが可能
となる。即ち、室温状態にあるロボットのアーム中心軸
間距離とのずれを無視できる程度に抑えることができる
ため、複数の基板の同時装着が可能となる。この結果、
基板に傷がつくことがなくなり歩留まりが向上するとと
もに、基板落下事故に伴う装置の停止及びその復旧のた
めに生産性が低下するという問題を解消することができ
る。従って、安定した生産が確保され、かつスループッ
トの高い製造装置を実現することができる。また、熱処
理温度にかかわらず、確実に基板ホルダに基板を装着す
ることができることから、種々のディスク生産に対応す
ることができる。
3つ以上の基板ホルダを保持させてもよく、例えば3つ
基板ホルダを保持させる場合は、前記スライダ部材の前
記2つの溝の外側に第3の溝を形成し、該第3の溝内の
前記スライダ部材の中心側に第3の可動部材及び第3の
弾性体を配置すればよい。また、基板ホルダの取付操作
が複雑となるが、前記スライダ部材において、前記2つ
の溝の間に第3の溝を形成し、該第3の溝内端部の両方
に可動部材及び弾性体を配置するようにしてもよい。
折り曲げ、折り曲げられた先端部分にV字状の溝が形成
されたものであり、該L字型バネ部材の取り付け方向を
L字が回転対称となるようにするのが好ましい。このよ
うにバネ部材を取り付けることにより、基板が回転する
方向に力が加わるため、構造的な基板中心と基板ホルダ
中心とのずれを吸収することができるとともに、熱膨張
があった場合に、より増長されるずれの影響を解消する
ことができる。
板搬送装置に複数の未処理基板を装着し、これを処理室
に移動させて処理を所定の行い、処理後基板を取り外し
て、再び未処理基板を装着する工程を繰り返し行う基板
処理装置であって、前記基板搬送装置への基板の装着
を、複数のアームを有するロボットにより複数の基板に
ついて同時に行う構成とし、室温において2つのアーム
中心軸間距離を前記基板ホルダの中心間距離に一致させ
たことを特徴とする。
に基づいて説明する。本発明の基板搬送装置(キャリ
ア)の一構成例を図1に示す。図1(a)及び(b)は
キャリアの構造を示す模式的正面図及び側面図である 図1に示すように、キャリア1は、2つの基板ホルダ2
0と、これを保持し搬送路上を移動するスライダ部材1
0とから構成される。スライダ部材及び基板ホルダに
は、通常軽量のAl(A5052)等が用いられる。
うに、中央部に基板が挿入される円形の開口20aを有
し、下部側ではその幅が2段階に縮小する形状となって
いる。開口20aの周囲に3カ所にインコネル製のL字
型バネ部材21,22,23が取り付けられ、このう
ち、バネ部材(可動バネ部材)23は下方に押し下げら
れる構成となっている。バネ部材の先端部には、基板の
外周端面を把持するためのV字型の溝が形成され、開口
20a内に突出している。ここで、L字型バネ部材の取
り付け方向は、図6(b)とは異なり、回転対称的に取
り付けられている。また、2つのバネ部材21,22の
支持爪は、基板ホルダ開口中心を通る鉛直線に対し対称
な位置に配置され、可動バネ部材23の支持爪は、この
鉛直線上に配置される。このように配置することによ
り、基板をキャリアに装着する際に、何らかの原因で基
板ホルダの開口中心と装着される基板の中心とが若干ず
れた場合でも、基板が回転する方向に力が加わるため、
より均等に3本の支持爪で基板を保持することができ、
また熱膨張があった場合に増長されるずれを解消するこ
とができる。基板ホルダの中間部20bは、スライダ部
材内部に取り付けられたアルミナ等の絶縁部材11によ
りその側端面が保持される。また、先端部20cは、基
板バイアス印加用接点との接触部となる。
うに、中央部にくぼみ10bが形成されたコの字型の断
面形状を有し、上部の肉厚部10aには、基板ホルダの
中間部20bを保持するためのスリット状の溝がくぼみ
部10bに貫通して形成されている。スリット状溝内の
両端には1対の絶縁部材11が配置され、スライダ部材
の端部側の絶縁部材11aは溝内に固定され、スライダ
部材の中央側の絶縁部材11bは左右に移動可能に配置
されている。さらに、可動絶縁部材11bをスライダ部
材の端部側に付勢するように板バネ12が取り付けられ
ている。このように、スライダ部材の溝内に基板ホルダ
20を差し込み、ネジ13を締め付けることにより、基
板ホルダはキャリア外側に押しつけられ強固に固定され
る。
ように、多数の磁石14が着磁方向を交互に逆にして取
り付けられ、スライダ部材は、搬送路に沿って配置され
る回転磁石40との相互作用により移動する。なお、搬
送路からスライダの離脱を防止するためのガイドローラ
41や、倒れを防止するためのローラ42が所定の間隔
を開けて搬送路に取り付けられている。
説明する。図5は、処理済みの基板がアンロード室10
4で取り外され、空のキャリア1がロード室101に搬
送されてきた状態を示している。キャリアは加熱室や成
膜室における熱的処理により、高温の状態にある。空の
キャリアが搬送されてくると、搬送路に取り付けられた
シリンダ駆動の位置決めピンがスライダ部材中心部に形
成された溝に嵌りこみ、キャリア中心とロボットの2つ
のアーム44の中心とが一致した位置で停止する。
動バネ部材23を押し下げ、同時に、基板を保持した2
つのアーム44を前進させ、基板を基板ホルダ内に挿入
した後上昇させ、基板外周端面をバネ部材21,22の
支持爪に接触させて停止する。なお、ロボットの2つの
アーム中心軸間距離Lは、室温でのホルダの開口中心間
距離と同一となるように設定されているが、本実施形態
のキャリアは加熱されても基板ホルダ中心間距離はほと
んど変化しない構成としてあるため、基板外周端面は2
つのバネ部材支持爪21,22と均等に接触する。続い
て、可動バネ部材23を戻すと、2つの基板はそれぞれ
3つのバネ部材支持爪21、22、23の均等な力によ
り、ホルダの開口中心部で確実に保持されることにな
り、基板外周面に傷が付いたり、基板が落下することは
ない。
のキャリアを用いることにより、キャリアが高温に加熱
された状態にあるにもかかわらずホルダ中心間距離がほ
とんど変化せず、2つのアームで2つのホルダ開口部2
0aの中心に基板を挿入することができ、その結果、確
実な装着操作が可能となる。この理由を計算をまじえて
以下に説明する。キャリアが加熱されると、各構成部分
はその温度に応じて膨張し、任意の2点間距離は変化す
ることになるが、図1に示したように、スライダ部材の
溝内部に配置される板バネをスライダ部材の中心側に配
置し、かつスライダ部材の端部側に基板ホルダを付勢す
る構成としたため、各部材の熱膨張が基板ホルダの開口
中心間距離の変化を相殺する方向に作用し、実質的な基
板ホルダ中心間距離の変化は無視できる程度となる。
態のキャリアについて、加熱による基板ホルダ中心とキ
ャリア中心との距離Lの変化量を計算した結果を以下に
示す。図2(a)及び(b)は、それぞれ図1及び図4
におけるA−A線の矢視図である。図2において、L1
は室温における基板ホルダ中間部20bの中心から端部
までの距離、L2はスライダ部材の中心から固定絶縁部
材端部までの距離を示し、L3は絶縁部材長さである。
のようになる。 基板ホルダ中間部20bの温度TA:280℃、 絶縁部材温度TB:150℃ 、 スライダ部材肉厚部10aの中央部温度TC:100℃ スライダ部材くぼみ部10bの温度TD:93℃ ここで、Al及びアルミナの熱膨張係数をそれぞれ2.
3x10−5(/℃)、5x10−6(/℃)として、
キャリアが以上の温度に加熱された状態での基板ホルダ
中心とキャリア中心との距離Lを計算すると次のように
なる。
合、各部材の膨張量は、 dL1=L1x2.3x10−5x(TA−20)=0.
26mm dL2=L2x2.3x10−5x(TC−20)=
0.12mm dL3=L3x5x10−6x(TB−20)=8.4
5x10−3mmとなる。ここで、固定絶縁部材はスラ
イダ部材の中心側に配置されているため、スライダ部
材、基板ホルダー及び絶縁部材の膨張がいずれもスライ
ダ部材中心と基板ホルダ中心間距離Lを増加させる方向
に寄与し、増加量dLは dL=dL1+dL2+dL3=0.39mmとなる。
ャリアの場合、各部材の膨張量は、 dL1=L1x2.3x10−5x(TA−20)=0.
26mm dL2=L2x2.3x10−5x(TD−20)=
0.33mm dL3=L3x5x10−6x(TB−20)=8.4
5x10−3mm となる。固定絶縁部材がスライダ部材の端部側に配置さ
れ、可動絶縁部材は中央部側に配置されているため、基
板ホルダ及び絶縁部材の熱膨張により、基板ホルダの中
心はスライダ部材の中心部側に移動することになる。即
ち、スライダ部材の熱膨張がLを増加させるように作用
するのに対し、基板ホルダ及び絶縁部材の熱膨張はLを
減少させるように作用する。従って、スライダ部材中心
と基板ホルダ中心間距離Lの増加量dLは、dL=dL
2−(dL1+dL3)=0.06mmとなり、従来の
キャリアの場合(0.39mm)と比べてほとんど変化
しないことが分かる。
来のキャリアとは異なり、加熱されても基板ホルダの中
心間距離はほぼ一定に保たれるため、基板の傷、落下事
故等を回避することができる。即ち、室温時の基板受け
渡し位置で設計することができることになり、プロセス
ごとに設計する必要はなくなる。
保持するキャリアについて述べてきたが、3個以上の基
板ホルダを保持するキャリアも拡張することができる。
即ち、例えば、偶数個の基板ホルダを取り付ける場合
は、上記可動絶縁部材と板バネを中心側とし、キャリア
中心で対称となるように配置するればよい。また奇数個
の場合は、偶数個の基板ホルダの外側に可動絶縁部材と
板バネをキャリア中心側に配置する構成とすればよい。
また、両端側の基板ホルダ以外の基板ホルダを2組の可
動絶縁部材と板バネで両側から固定する構成としてもよ
い。さらに、基板ホルダ自体に複数の開口及びバネ部材
を設けて、1つの基板ホルダに複数の基板を把持させる
構成としてもよい。なお、本発明の基板ホルダは、図1
に示したように下部が幅狭となる形状に限らず、どのよ
うの形状のものであってもよく、例えば、単に四角形状
のものでもよい。
部材に嵌合させる構成としたが、基板バイアスを印加す
る必要がない場合は、あえて絶縁部材を用いる必要はな
く、金属等を用いてもよい。また、板バネの代わりに、
コイルバネや処理条件によってはゴム等の弾性体を用い
ることもできる。さらに、基板ホルダやスライダ部材を
Al以外の他の材料を用いても良いことは言うまでもな
い。また、本発明は、以上述べてきたように、複数の基
板を同時に装着する場合に好適に適用できるものである
が、基板を1枚ずる装着する場合であっても、キャリア
の停止位置の位置決めをキャリアの中心位置で行うこと
により、キャリアが加熱されてもアーム位置と基板ホル
ダの開口中心位置とのずれが抑えられ、従来のキャリア
に比べてより安定した装着を行うことができる。
よれば、ほぼ従来の部品だけで基板加熱時の熱膨張によ
る影響をなくすことができるため、さまざまなプロセス
条件でも、複数基板の安定した同時装着が行えることに
なる。即ち、さまざまなプロセスに対応できる、高生産
性、高信頼性の基板搬送装置を実現することが可能とな
る。この結果、高スループットのディスク生産装置を実
現することが可能となる。
る。
である。
型磁気ディスク製造装置の模式的平面図である。
概略図である。
略平面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 ディスク状基板が挿入される円形の開口
を有し、該開口の周辺に前記基板の外周端面を把持する
複数のバネ部材が取り付けられた板状の基板ホルダと、
2つの該基板ホルダをホルダ面が同一面となるように取
り付けるスライダ部材と、からなる基板搬送装置であっ
て、前記スライダ部材に前記基板ホルダの下部が挿入可
能な溝を2つ所定の間隔を開けて形成し、各々の溝の内
部であって前記スライダ部材の中心側の端部に可動部材
を配置するとともに、該可動部材を前記スライダ部材の
端部側に付勢する弾性体を配置し、前記基板ホルダの側
端面を前記スライダ部材の端部側に押しつけて固定する
構成としたことを特徴とする基板搬送装置。 - 【請求項2】 前記スライダ部材の前記2つの溝の外側
に第3の溝を形成し、該第3の溝内の前記スライダ部材
の中心側に第3の可動部材及び第3の弾性体を配置した
ことを特徴とする請求項1に記載の基板搬送装置。 - 【請求項3】 前記バネ部材は、板状バネ部材をL字状
に折り曲げ、折り曲げられた先端部分にV字状の溝が形
成されたものであり、該L字型バネ部材をL字が回転対
称となる方向に取り付けたことを特徴とする請求項1又
は2に記載の基板搬送装置。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載され
た基板搬送装置に複数の未処理基板を装着し、これを処
理室に移動させて処理を所定の行い、処理後基板を取り
外して、再び未処理基板を装着する工程を繰り返し行う
基板処理装置であって、前記基板搬送装置への基板の装
着を、複数のアームを有するロボットにより複数の基板
について同時に行う構成とし、室温において2つのアー
ム中心軸間距離を前記基板ホルダの中心間距離に一致さ
せたことを特徴とする。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001087080A JP4222589B2 (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 基板搬送装置及びそれを用いた基板処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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