JP2005262578A - サーマルヘッド基板及びサーマルヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱抵抗体のアライメント精度が向上し、ヘッド性能を高められるサーマルヘッド基板及びサーマルヘッドの製造方法を得る。
【解決手段】アライメントマーカーを基準にしたフォトリソグラフィ技術を用いて、一方向に配列させた複数の発熱抵抗体と該複数の発熱抵抗体に通電する電極層とを少なくとも有するサーマルヘッドが基板表面のグレーズ層上に形成されるサーマルヘッド基板において、グレーズ層からなる少なくとも一対の突出部を基板表面に設け、この各突出部に、上記アライメントマーカーを１つの回転対称凹部又は等方的に配置した複数の回転対称凹部から形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アライメントマーカーを備えたサーマルヘッド基板及びサーマルヘッドの製造方法に関する。

折曲不能な樹脂製カード向けのカードプリンタやデジタルカメラ向けのフォトプリンタに多用されている一般的なサーマルヘッドは、高蓄熱性のグレーズ層を備えたヘッド基板上に、通電により発熱する複数の発熱抵抗体と、該複数の発熱抵抗体に通電する電極層とを有しており、発熱抵抗体からの発熱を利用して印刷動作する。上記ヘッド基板としては、グレーズ層が全面形成された全面グレーズタイプ、グレーズ層が部分的に形成された部分グレーズタイプ、グレーズ層が凸断面形状で形成された部分凸型グレーズタイプ、基板自体に段差を持たせ、該基板上にグレーズ層を形成した凸型基板タイプなど、多種開発されている。部分凸型グレーズタイプや凸型基板タイプは、凸形状を利用してサーマルヘッドとインク又はプラテンローラとの接触圧力を高めることにより、ヘッド性能（印刷性能）を向上させることが可能である。この部分凸型グレーズタイプや凸型基板タイプでは、ヘッド性能を最大限発揮できるよう、グレーズ層の頂上位置又は該頂上位置から所定角度開いた位置に、複数の発熱抵抗体を整列させて形成したものもある。

従来では、複数の発熱抵抗体を形成する際のエッチング工程前に、該複数の発熱抵抗体の平面形状及び形成位置を規定するマスクとヘッド基板との位置合わせ作業を行っている。へッド基板表面には、該基板表面よりも突出した断面凸形状のアライメントマーカーが形成されている。このヘッド基板表面にレジストを塗布した状態で該アライメントマーカーからの反射光により生じる干渉縞を検出することにより、マーカー中心位置を認識することができる。アライメントマーカーからの反射光は、該反射光の波長λのｍ倍（ｍ；整数）で強められ、波長λの（ｍ＋１／２）倍で弱められる。

特開平２−１１１５６２号公報 特開平７−２９７１１２号公報

しかしながら、上記従来のアライメントマーカーは突出形成され、基板表面からの高さが中心位置で最大になるため、へッド基板上にレジストＲを塗布すると、図１０（ａ）に示すように、アライメントマーカー１０’の中心付近でのレジスト膜厚は薄くなる。アライメントマーカー１０’で反射する光Ｐ１とレジストＲの表面で反射する光Ｐ２との光路差ｄは、レジスト膜厚ｔ（ｔ＝ｄ）に対応し、レジスト膜厚ｔが薄くなれば小さくなる。このため、アライメントマーカー１０’の中心付近では、図１０（ｂ）に示すように、反射光により生じる干渉縞の間隔が粗くなり、マーカー中心位置を正確に判断することが難しかった。マーカー検出精度が低下すれば、該マーカー中心位置に合わせて位置調整されたマスクを用いて形成される発熱抵抗体の位置が元々の設計位置からずれてしまい、ヘッド性能が低下して歩留まりも悪化する。特に、部分凸型グレーズ層や凸型基板等により形成された凸形状部の頂上位置から所定角度だけ開いた位置に複数の発熱抵抗体を形成する場合には、発熱抵抗体のアライメント精度がより高く要求される。

また、グレーズ層の焼成温度や焼成時間などの焼成条件によっては、焼成前後でアライメントマーカーの形状が変化してマーカー中心位置がずれてしまう虞があり、再現性がよくないという問題もあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発熱抵抗体のアライメント精度が向上し、ヘッド性能を高められるサーマルヘッド基板及びサーマルヘッドの製造方法を得ることを目的とする。

本発明は、アライメントマーカー上に塗布したレジストの膜厚を十分に確保すれば、該アライメントマーカー又はレジストからの反射光により生じる干渉縞の間隔が略一定にできることに着目し、マーカー検出精度を高めようとするものである。

すなわち、本発明は、アライメントマーカーを基準にしたフォトリソグラフィ技術を用いて、一方向に配列させた複数の発熱抵抗体と該複数の発熱抵抗体に通電する電極層とを少なくとも有するサーマルヘッドが基板表面のグレーズ層上に形成されるサーマルヘッド基板において、グレーズ層からなる少なくとも一対の突出部を基板表面に設け、各突出部に、アライメントマーカーを回転対称凹部から形成したことを特徴としている。

アライメントマーカーは、１つの回転対称凹部により形成され、該回転対称凹部の対称軸位置をマーカー中心位置とすることが好ましい。あるいは、等方的に配置された複数の回転対称凹部により形成され、該複数の回転対称凹部の各対称軸位置から相対的にマーカー中心位置が定まることが好ましい。

回転対称凹部は、対称軸位置で最も深くなるように形成されていることが好ましく、具体的には断面半球形状で形成することができる。あるいは、略均一の深さで形成されていてもよい。また回転対称凹部の平面形状は、対称軸位置を中心とする円形とすることが実際的である。

以上のサーマルヘッド基板は、部分凸型グレーズタイプ又は凸型基板タイプに適用可能である。すなわち、部分凸型グレーズタイプでは、基板表面は平坦であり、複数の発熱抵抗体が形成されるグレーズ層は、印刷媒体との接触圧力を高めるための凹凸部を基板表面に形成していることが好ましい。一方、凸型基板タイプでは、基板表面自体に、印刷媒体との接触圧力を高めるための凹凸部が形成されていて、グレーズ層はこの基板表面に沿わせて均一膜厚に形成されていることが好ましい。

一対の突出部は、基板表面上のサーマルヘッド形成領域外に位置し、複数の発熱抵抗体の配列方向に直交する方向で互いに対向していることが好ましい。

また本発明は、サーマルヘッドの製造方法の態様によれば、基板表面上に、グレーズ層からなる少なくとも一対の突出部を形成する工程と、各突出部の表面に１つの回転対称凹部をそれぞれ形成し、この回転対称凹部の対称軸位置とマーカー中心位置が一致するアライメントマーカーを得る工程と、アライメントマーカーにレジストを塗布し、該アライメントマーカーからの反射光の干渉縞状態に基づいてマーカー中心位置を検出する工程と、検出したマーカー中心位置を基準にして、複数の発熱抵抗体を形成するためのエッチング用マスクの位置を調整する工程とを有することを特徴としている。

別の態様によるサーマルヘッドの製造方法では、基板表面上に、グレーズ層からなる少なくとも一対の突出部を形成する工程と、各突出部の表面に等方的に配置した複数の回転対称凹部を形成し、該複数の回転対称凹部の各対称軸位置からマーカー中心位置が相対的に定まるアライメントマーカーを得る工程と、アライメントマーカーにレジストを塗布し、該アライメントマーカーからの反射光の干渉縞状態に基づいてマーカー中心位置を検出する工程と、出したマーカー中心位置を基準にして、複数の発熱抵抗体を形成するためのエッチング用のマスクの位置を調整する工程とを有することを特徴としている。

本発明によれば、アライメントマーカーが回転対称凹部から形成されているので、マーカー検出精度が改善されて発熱抵抗体のアライメント精度が向上し、ヘッド性能を高められるサーマルヘッド基板及びサーマルヘッドの製造方法を得ることができる。

図１及び図２は、本発明の第１実施形態によるサーマルヘッド基板を示す平面図及び断面図である。本サーマルヘッド基板は、アルミナやセラミック材料からなる基板１の上に、図１の上下方向に所定間隔をあけて形成された複数のサーマルヘッド構造Ｈを有している。各サーマルヘッド構造Ｈは、印刷媒体との接触圧力を高めるための凹凸部を平坦な基板表面に形成する部分凸型グレーズ層２と、この部分凸型グレーズ層２の頂上から所定角度開いた位置に形成された複数の発熱抵抗体３と、各発熱抵抗体３の表面を覆って該各発熱抵抗体３の平面的な大きさを規定する絶縁バリア層４と、複数の発熱抵抗体３に通電する電極層５とを有している。部分凸型グレーズ層２は、図２に示すように断面凸球面状をなし、基板１上に図１の左右方向に長く延びて形成されている。複数の発熱抵抗体３は、部分凸型グレーズ層２及び基板１上に形成された抵抗層３’の一部であり、図１の左右方向に所定間隔をあけて配列されている。図示されていないが、抵抗層３’、絶縁バリア層４及び電極層５の上には、プラテン等との接触から該抵抗層３’、絶縁バリア層４及び電極層５を保護する耐磨耗保護層が備えられている。

基板１のヘッド形成領域外には、複数のサーマルヘッド構造Ｈを図１の上下方向（発熱抵抗体３の配列方向に直交する方向）で挟んで互いに対向する、一対の突出部１２が設けられている。各突出部１２は矩形状をなしている。本実施形態の一対の突出部１２は、断熱性の高いガラス材料により部分凸型グレーズ層２と同一工程で形成されたもので、各突出部１２の周囲に基板１の平坦表面が露出している。この一対の突出部１２は、部分凸型グレーズ層２の上に形成されていても、部分凸型グレーズ層２とは別工程で形成されていてもよい。

一対の突出部１２には、図３に拡大して示すように、製造工程中のフォトリソグラフィ工程で用いられるアライメントマーカーＭ１が備えられている。アライメントマーカーＭ１は、巨視的な凹凸のない平坦な突出部表面１２ａの一部を例えばエッチングにより削って形成した回転対称凹部１０であり、この回転対称凹部１０の対称軸位置１０ｃとマーカー中心位置Ｃは一致している。アライメントマーカーＭ１の平面形状は対称軸位置１０ｃを中心とする円形であり、断面形状は対称軸位置１０ｃで最も深くなる（突出部表面１２ａからの距離が最大となる）半球形状である（図４参照）。

次に、サーマルヘッド構造Ｈの製造工程について説明する。

先ず、アルミナやセラミック材料からなる基板１の平坦表面上に、断熱性の高いガラス材料からなるグレーズ層を略均一な膜厚で全面的に形成する。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて不要なグレーズ層を除去し、図１の上下方向に所定間隔をあけて配列される複数の部分凸型グレーズ層２と、これら複数の部分凸型グレーズ層２を同図１の上下方向で挟んで対向する一対の突出部１２とを同一工程で形成する。ここで、各部分凸型グレーズ層２は、図１の上下方向の中央部が最も突出する断面凸球面形状とし、且つ、図１の左右方向に細長く延ばして形成する。この部分凸型グレーズ層２により、基板１の表面には、印刷媒体との接触圧力を高めるための凹凸部が形成される。なお、部分凸型グレーズ層２と一対の突出部１２は別の工程で形成してもよく、また、一対の突出部１２はグレーズ層（部分凸型グレーズ層２）の上に形成されていてもよい。

次に、例えばエッチングやイオンミリングより各突出部表面１２ａの一部を削り、各突出部１２に、対称軸位置１０ｃとマーカー中心位置Ｃが一致する１つの回転対称凹部１０をそれぞれ形成する。この回転対称凹部１０がアライメントマーカーＭ１となる。本実施形態のアライメントマーカーＭ１（回転対称凹部１０）は、マーカー中心位置Ｃ（対称軸位置１０ｃ）を中心とする平面円形状、且つ、マーカー中心位置Ｃ（対称軸位置１０ｃ）で最も深くなる断面半球形状で形成されている。突出部表面１２ａは、上述のフォトリソグラフィ工程時にエッチングによるダメージを受けておらず、ヘッド基板表面の平坦性をそのまま維持している（巨視的な凹凸がない平坦な状態）ので、アライメントマーカーＭ１を精度良く形成することができる。アライメントマーカー形成後は、所定の焼成条件（温度、時間など）に基づいて熱処理を施し、複数の部分凸型グレーズ層２及び一対の突出部１２を焼成する。焼成温度は約９００℃程度である。

続いて、各部分凸型グレーズ層２の上に、複数の発熱抵抗体３となる抵抗層３’と、抵抗層３’の表面を覆う絶縁バリア層４とを積層形成する。絶縁バリア層４は、耐酸化性を有する絶縁材料であって反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）に適用可能な材料で形成されることが好ましく、具体的にはＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯＮ、ＡｌＳｉＯ、ＳｉＡｌＯＮ等が用いられるとよい。この絶縁バリア層４は、後に形成される発熱抵抗体の表面酸化を防止すると共に、製造工程中のエッチングダメージから発熱抵抗体を保護する。

続いて、フォトリソグラフィ技術を用いて不要な絶縁バリア層４を除去し、抵抗層３’上に残した絶縁バリア層４によって平面的な大きさを規定した複数の発熱抵抗体３を形成する。

上記フォトリソグラフィ工程ではエッチング前に、部分凸型グレーズ層２の頂上位置に複数の発熱抵抗体３を形成すべく、絶縁バリア層４のパターン形状、延いては発熱抵抗体３のパターン形状を定めるマスクの位置調整を行なう必要がある。具体的なマスク位置調整方法としては、先ず最初に、絶縁バリア層４及びアライメントマーカーＭ１を含む基板１の表面に、図４に示すようにレジストＲを塗布する。次に、アライメントマーカーＭ１からの反射光の干渉縞状態に基づいてマーカー中心位置Ｃを判別する。そして、求めたマーカー中心位置Ｃを基準にしてマスク位置を調整する。図５に、アライメントマーカーＭ１からの反射光により生じる干渉縞の一例を示す。このアライメントマーカーＭ１によれば、マーカー中心位置Ｃ（＝対称軸位置１０ｃ）で最も深く突出部表面１２ａからの距離が最大となっており、凸型アライメントマーカーを用いる場合よりもマーカー中心位置Ｃ付近でのレジスト膜厚が十分に確保されるので、アライメントマーカーＭ１からの反射光が互いに干渉して生じる干渉縞が均一間隔又は中心位置で狭間隔になって明瞭となり、マーカー中心位置Ｃを容易且つ高精度に判別することができる。

複数の発熱抵抗体３を形成したら、抵抗層３’の上に各発熱抵抗体３の両端部に接続する電極層５を形成し、この電極層５、絶縁バリア層４及び抵抗層３’を覆う耐磨耗性保護層を形成する。これにより、図１に示すサーマルヘッド構造Ｈが完成する。基板１は、各サーマルヘッド構造Ｈ単位で切断されることにより、完成状態の１つのサーマルヘッドとなる。この切断工程の際、突出部１２及びアライメントマーカーＭ１は、各サーマルヘッド構造Ｈとは切り離され、製品状態のサーマルヘッドには搭載されない。

以上の第１実施形態によれば、回転対称凹部１０から形成したアライメントマーカーＭ１を備えたので、レジストＲを塗布したときにアライメントマーカーＭ１の中心付近でレジスト膜厚が薄くならずに済み、マーカー中心位置Ｃを容易且つ精度良く判別することができる。これにより、マスク位置調整の精度も向上し、複数の発熱抵抗体３のアライメント精度を高めることができる。

また第１実施形態によれば、アライメントマーカーＭ１はエッチングダメージを受けていない平坦な突出部表面１２ａに形成されているので、例えばエッチングダメージを受けて巨視的な凹凸を有する面にアライメントマーカーＭ１を形成する場合よりも、アライメントマーカーＭ１の形成精度は高くなる。さらに、突出部１２は部分凸型グレーズ層２を形成する工程で同時に形成されているので、アライメントマーカー形成用の平坦面を別工程で新たに形成する必要がなく、製造工程も容易になる。

図６〜図８は、本発明による第２実施形態のサーマルヘッド基板を示している。第２実施形態によるサーマルヘッド基板は、図６の上下方向で互いに対向する一対の突出部１２に、複数の回転対称凹部１０から形成したアライメントマーカーＭ２をそれぞれ備えている。アライメントマーカーＭ２以外の構成は第１実施形態と同一である。図６〜図８では、第１実施形態と同一機能を有する構成要素に図１及び図２と同一符号を付してある。

グレーズ層からなる突出部１２に形成されるアライメントマーカーは、グレーズ層の焼成条件によっては焼成前後で形状が変化するため、グレーズ焼成後にマーカー中心位置がずれる虞があることが判明している。傾向としてマーカー中心位置は、グレーズ焼成前よりも突出部表面１２ａの中心側に向かってずれることが多くなっている。

そこで本第２実施形態では、４つの回転対称凹部１０を等方的に配置して形成したアライメントマーカーＭ２を備え、この４つの回転対称凹部１０の各対称軸位置１０ｃから相対的に定まるマーカー中心位置Ｃを利用して、発熱抵抗体３を形成する際にマスクの位置調整を行なう。図８に示すようにマーカー中心位置Ｃは、４つの対称軸位置１０ｃを対角線上で結んでできる交点により与えられる。よって、グレーズ焼成により回転対称凹部１０の対称軸位置１０ｃがずれてしまっても位置ずれを互いに相殺することができ、位置ずれの影響を受けることなく（あるいは影響が小さく）マーカー中心位置Ｃを良好に検出することができる。各回転対称凹部１０の対称軸位置１０ｃは、上述の第１実施形態と同様に、ヘッド基板表面にレジストを塗布し、このレジスト塗布状態でアライメントマーカーＭ２からの反射光により生じる干渉縞から、容易に検出することができる。

なお、１つの回転対称凹部１０から形成したアライメントマーカーＭ１を備える第１実施形態では、回転対称凹部１０の対称軸位置１０ｃがマーカー中心位置Ｃであって該マーカー中心位置Ｃに基づいてマスク位置調整を行なうため、グレーズ焼成前後でマーカー中心位置Ｃのずれが最小限に抑えられるように焼成条件を厳しく規定する必要がある。

本第２実施形態では、４つの回転対称凹部１０によりアライメントマーカーＭ２を形成しているが、各々の回転対称凹部１０が等方的な位置関係を保っていれば、アライメントマーカーを形成する回転対称凹部１０の数は３つでも５以上であってもよい。

以上の各実施形態では、回転対称凹部１０を略凹半球面形状で形成しているが、回転対称凹部１０の平面形状及び断面形状は種々の変形が可能である。例えば、回転対称凹部１０の断面形状は、対称軸位置１０ｃを頂点とする逆三角形状をなしていてもよい。また本実施形態では、複数の発熱抵抗体３を部分凸型グレーズ層２の頂上位置に形成しているが、部分凸型グレーズ層の頂上位置から所定角度開いた位置に複数の発熱抵抗体を形成する場合には、発熱抵抗体のアライメント精度がより高く要求されるので、本発明によるアライメントマーカーＭ１、Ｍ２がより有効になる。

以上では、部分凸型グレーズ層２を備えたサーマルヘッド基板に本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明は、図９に示すように基板１’自体に、印刷媒体との接触圧力を高めるため凸凹部１ａ’が形成されていて、この凸凹部１ａ’を含む基板表面に沿わせてグレーズ層２’を均一膜厚で形成した凸型基板タイプのサーマルヘッド基板にも適用可能である。

本発明の第１実施形態によるサーマルヘッド基板を示す平面図ある。 図１に示す一対の突出部を結ぶ直線II−IIで切断した場合のサーマルヘッド基板を示す断面図である。 図１のアライメントマーカーを示す部分拡大平面図である。 図３に示すアライメントマーカーにレジストを塗布した状態を示す断面図である。 図４のアライメントマーカーからの反射光により生じる干渉縞を示す模式図である。 本発明の第２実施形態によるサーマルヘッド基板に備えられるアライメントマーカーを示す部分拡大平面図である。 図６のアライメントマーカーにレジストを塗布した状態を示す断面図である。 図７のアライメントマーカーからの反射光により生じる干渉縞を示す模式図である。 本発明を凸型基板タイプのサーマルヘッド基板に適用した態様を示す断面図である。 （ａ）従来のアライメントマーカーにレジストを塗布した状態を示す断面図、（ｂ）アライメントマーカーからの反射光により生じる干渉縞の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ 基板
２ 部分凸型グレーズ層
３ 発熱抵抗体
３’ 抵抗層
４ 絶縁バリア層
５ 電極層
１０ 回転対称凹部
１０ｃ 対称軸位置
１２ 突出部
１２ａ 突出部表面
Ｍ１ アライメントマーカー
Ｍ２ アライメントマーカー
Ｃ マーカー中心位置

Claims (12)

1. アライメントマーカーを基準にしたフォトリソグラフィ技術を用いて、一方向に配列させた複数の発熱抵抗体と該複数の発熱抵抗体に通電する電極層とを少なくとも有するサーマルヘッドが基板表面のグレーズ層上に形成されるサーマルヘッド基板において、
   前記グレーズ層からなる少なくとも一対の突出部を基板表面に設け、各突出部に、前記アライメントマーカーを回転対称凹部から形成したことを特徴とするサーマルヘッド基板。
2. 請求項１記載のサーマルヘッド基板において、前記アライメントマーカーは、１つの回転対称凹部により形成され、該回転対称凹部の対称軸位置をマーカー中心位置とするサーマルヘッド基板。
3. 請求項１記載のサーマルヘッド基板において、前記アライメントマーカーは、等方的に配置された複数の回転対称凹部により形成され、該複数の回転対称凹部の各対称軸位置から相対的にマーカー中心位置が定まるサーマルヘッド基板。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルヘッド基板において、前記回転対称凹部は、対称軸位置で最も深くなるように形成されているサーマルヘッド基板。
5. 請求項４記載のサーマルヘッド基板において、前記回転対称凹部は、断面半球形状をなしているサーマルヘッド基板。
6. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルヘッド基板において、前記回転対称凹部は、略均一の深さで形成されているサーマルヘッド基板。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載のサーマルヘッド基板において、前記回転対称凹部の平面形状は、対称軸位置を中心とする円形であるサーマルヘッド基板。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載のサーマルヘッド基板において、前記基板表面は平坦であり、前記複数の発熱抵抗体が形成されるグレーズ層は、印刷媒体との接触圧力を高めるための凹凸部を該基板表面に形成しているサーマルヘッド基板。
9. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載のサーマルヘッド基板において、前記基板表面自体に、印刷媒体との接触圧力を高めるための凹凸部が形成されていて、前記グレーズ層は、この基板表面に沿わせて均一膜厚に形成されているサーマルヘッド基板。
10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載のサーマルヘッド基板において、前記一対の突出部は、基板表面上のサーマルヘッド形成領域外に位置し、前記複数の発熱抵抗体の配列方向に直交する方向で互いに対向しているサーマルヘッド基板。
11. 基板表面上に、グレーズ層からなる少なくとも一対の突出部を形成する工程と、
    前記各突出部の表面に１つの回転対称凹部をそれぞれ形成し、この回転対称凹部の対称軸位置とマーカー中心位置が一致するアライメントマーカーを得る工程と、
    前記アライメントマーカーにレジストを塗布し、該アライメントマーカーからの反射光の干渉縞状態に基づいてマーカー中心位置を検出する工程と、
    検出したマーカー中心位置を基準にして、複数の発熱抵抗体を形成するためのエッチング用マスクの位置を調整する工程と、
    を有することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
12. 基板表面上に、グレーズ層からなる少なくとも一対の突出部を形成する工程と、
    前記各突出部の表面に等方的に配置した複数の回転対称凹部を形成し、該複数の回転対称凹部の各対称軸位置からマーカー中心位置が相対的に定まるアライメントマーカーを得る工程と、
    前記アライメントマーカーにレジストを塗布し、該アライメントマーカーからの反射光の干渉縞状態に基づいてマーカー中心位置を検出する工程と、
    検出したマーカー中心位置を基準にして、複数の発熱抵抗体を形成するためのエッチング用のマスクの位置を調整する工程と、
    を有することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
    

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