TWI528009B - 使用蒸氣刀歧管用於馬蘭哥尼基板乾燥的方法及裝置 - Google Patents

使用蒸氣刀歧管用於馬蘭哥尼基板乾燥的方法及裝置 Download PDF

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Description

使用蒸氣刀歧管用於馬蘭哥尼基板乾燥的方法及裝置 【相關申請案】
本申請案主張2012年4月27日申請的標題為「METHODS AND APPARATUS FOR MARANGONI SUBSTRATE DRYING USING A VAPOR KNIFE MANIFOLD」(代理人檔案號碼16842)的美國專利申請案第13/458,824的優先權，該美國專利申請案的全部內容為所有目的以引用之方式併入本文中。
本發明大體係關於蒸氣刀，且更特定言之，係針對使用蒸氣刀歧管用於基板乾燥的方法及裝置。
用以使用馬蘭哥尼效應乾燥半導體基板之現有乙酸異戊酯(IPA)蒸氣噴霧棒受堵塞問題困擾。被堵塞的蒸氣噴霧棒導致基板上形成斑紋，且因此，刀變得不可使用。通常，此種蒸汽噴霧棒係使用具有一排極小噴孔的管形成， 該等噴孔係沿著管的長度佈置。小尺寸的噴孔對於減小用於乾燥的IPA蒸氣的量係合乎需要的，但使得蒸氣噴霧棒更容易被堵塞。該管在製造期間焊接至IPA供應溝道，且一旦被焊接，該管即變得不可維修。因此，若一孔被堵塞，則蒸氣噴霧棒通常被丟棄，且用新蒸氣噴霧棒替換。因此，需要使得適用於馬蘭哥尼乾燥的蒸氣刀能夠進行修理及/或清洗的方法及裝置。
提供用於馬蘭哥尼蒸氣刀組件的發明性方法及裝置。在一些實施例中，該組件包括：基底，該基底具有縱向延伸穿過該基底之溝道及自該溝道朝向該基底之外部面橫向延伸之複數個通道；頂板，該頂板適於可移除地耦接至該基底，該頂板之一外部面與該基底之該外部面齊平；及填隙片，該填隙片適於安置於該基底與該頂板之間，且進一步適於在該組件中形成複數個噴孔。
在一些其他實施例中，本發明提供一種馬蘭哥尼蒸氣刀歧管。該歧管包括：第一馬蘭哥尼蒸氣刀組件；及第二馬蘭哥尼蒸氣刀組件。該第一馬蘭哥尼蒸氣刀組件及該第二馬蘭哥尼蒸氣刀組件皆耦接至蒸氣供應件。在一些實施例中，該等蒸氣供應件可為同一供應件。該等組件之噴孔適於瞄準通過該等組件之間的基板。該等馬蘭哥尼蒸氣刀組件各自包括：基底，該基底具有縱向延伸穿過該基底之溝道及自該溝道朝向該基底之外部面橫向延伸之複數個通道；頂板，該頂板適於可移除地耦接至該基底，該頂板之外部面與 該基底之該外部面齊平；及填隙片，該填隙片適於安置於該基底與該頂板之間，且進一步適於在每一組件中形成噴孔。
在其他實施例中，本發明提供對基板進行馬蘭哥尼乾燥之方法。該等方法包括：提供馬蘭哥尼蒸氣刀歧管，該歧管包括第一馬蘭哥尼蒸氣刀組件及第二馬蘭哥尼蒸氣刀組件，其中該第一馬蘭哥尼蒸氣刀組件及該第二馬蘭哥尼蒸氣刀組件皆耦接至共同蒸氣供應件，其中該等組件之噴孔適於瞄準通過該等組件之間的基板，且其中馬蘭哥尼蒸氣刀組件各自包括：基底，該基底具有縱向延伸穿過該基底之溝道及自該溝道朝向該基底之外部面橫向延伸之複數個通道；頂板，該頂板適於可移除地耦接至該基底，該頂板之外部面與該基底之該外部面齊平；及填隙片，該填隙片適於安置於該基底與該頂板之間，且進一步適於在每一組件中形成噴孔；自位於該第一馬蘭哥尼蒸氣刀組件與該第二馬蘭哥尼蒸氣刀組件之間的清洗池移除基板；及將蒸氣流自該等噴孔引導至新月形處，該新月形在該基板的兩側上的空氣/流體界面處沿著該基板之一寬度形成。
本發明提供了眾多其他態樣。將自以下詳細描述、隨附申請專利範圍及附圖更完整地瞭解本發明的其他特徵及態樣。
100‧‧‧馬蘭哥尼基板乾燥系統
102‧‧‧清洗槽
104‧‧‧清洗流體/清洗液體
106‧‧‧基板
108‧‧‧蒸氣刀歧管
202‧‧‧蒸氣刀組件
204‧‧‧蒸氣供應配件
206‧‧‧帽
402‧‧‧基底
404‧‧‧填隙片
406‧‧‧頂板
408‧‧‧緊固件
410‧‧‧可壓縮密封材料
412‧‧‧凹口
414‧‧‧溝道
416‧‧‧通道
702‧‧‧箭頭
704‧‧‧新月形
706‧‧‧箭頭
708‧‧‧噴孔
802‧‧‧外部面
804‧‧‧外部面
902‧‧‧外邊緣
1102‧‧‧開口
1202A‧‧‧蒸氣薄層波前形狀
1202B‧‧‧蒸氣薄層波前形狀
1204A‧‧‧噴灑圖案
1204B‧‧‧噴灑圖案
1300‧‧‧方法
1302‧‧‧步驟
1304‧‧‧步驟
1306‧‧‧步驟
第1圖為圖示根據本發明之一些實施例的示例性馬蘭哥尼基板乾燥系統的透視圖之圖式。
第2圖為圖示根據本發明之一些實施例的蒸 氣刀歧管的透視圖之圖式。
第3圖為圖示根據本發明之一些實施例的蒸氣刀歧管的俯視圖之圖式。
第4圖為圖示根據本發明之一些實施例的蒸氣刀組件的透視圖之圖式。
第5圖為圖示根據本發明之一些實施例的蒸氣刀歧管的側視圖之圖式。
第6圖為圖示根據本發明之一些實施例的在切割線A--A處截取之第5圖之蒸氣刀歧管的放大橫截面圖之圖式。
第7圖為圖示根據本發明之一些實施例的第1圖之系統中的蒸氣刀歧管的放大橫截面圖之圖式。
第8圖為圖示根據本發明之一些實施例的蒸氣刀組件的放大橫截面側視圖之圖式。
第9圖為圖示第8圖中標記為「B」之區域的放大圖之圖式。
第10圖為圖示根據本發明之一些實施例的上覆於基底上且無頂板的填隙片之一部分的俯視圖之圖式。
第11圖為圖示第10圖中標記為「C」之區域的放大圖之圖式。
第12A圖為圖示由習知先前技術噴霧棒產生的蒸氣薄層的噴灑圖案及波前形狀的圖式。
第12B圖為圖示根據本發明之實施例的由馬蘭哥尼蒸氣刀產生的蒸氣薄層的噴灑圖案及波前形狀的圖 式。
第13圖為圖示根據本發明之一些實施例的示例性馬蘭哥尼基板乾燥方法的流程圖。
用以生成空氣薄層以用於諸如使塗層光滑、吹落碎屑或噴除液體以乾燥基板之應用的通用空氣刀不適合用於對半導體基板進行馬蘭哥尼乾燥。此種空氣刀通常經設計以排出大體積的高速空氣。在乾燥應用中，此舉導致使液體在表面上乾燥(例如，留下殘餘物)，而非使用液體之表面張力將液體拉離表面同時輕輕地推動液體以加強表面張力(如在馬蘭哥尼乾燥中)。此外，使用大體積空氣在半導體基板乾燥中並不合適，因為諸如乙酸異戊酯(IPA)之化學品用以增強馬蘭哥尼乾燥效應且使用大體積將導致顯著浪費及額外花銷。進一步地，使用高速空氣將導致清洗池潑濺，且流體濺出物將可能在自清洗池移除時返回至半導體基板上。因此，適於馬蘭哥尼乾燥之蒸氣刀經特定調適針對低速下的低體積空氣，以在流體/空氣界面上提供溫和力，以壓縮在自清洗池抽出基板時形成的新月形。為了達成所需蒸氣流速及體積，習知馬蘭哥尼蒸氣刀使用極小的固定尺寸噴孔，遺憾地是，此種噴孔受堵塞問題困擾。此種習知蒸氣刀之構造使其不可維修，從而在發生堵塞時無法進行清潔。
本發明提供用於蒸氣刀組件之改良式方法及裝置，該蒸氣刀組件具有適合用於對基板進行馬蘭哥尼乾燥之極小、固定尺寸噴孔，該蒸氣刀組件可在發生堵塞的情況 下拆卸並維修。本發明之蒸氣刀組件包括基底、填隙片及頂板。包括一系列小凹口的填隙片用以在基底與頂板之間形成充當噴孔的小間隙。三個零件藉由緊固件被固持在一起但可拆卸，以在發生堵塞的情況下對填隙片進行清潔及/或替換。
在一些實施例中，兩個蒸氣刀組件可一起使用以形成蒸氣刀歧管，該蒸氣刀歧管可用以在將基板舉離清洗池時同時對半導體基板之兩側進行馬蘭哥尼乾燥。該等蒸氣刀組件包括經安置以將IPA蒸氣流引導至在基板的任一側上的空氣/液體界面之噴孔。可使用其他化學品。基底與頂板在由填隙片中之凹口形成的間隙處彼此齊平，使得噴孔可釋放蒸氣而不使蒸氣在流動至新月形目標時被阻礙或偏轉。
轉至第1圖，第1圖圖示馬蘭哥尼基板乾燥系統100之透視圖。系統100包括填充有清洗流體104(例如，去離子(DI)水)之清洗槽102及適於將基板106舉離清洗流體104且穿過蒸氣刀歧管108之機器人(未圖示)。第2圖為蒸氣刀歧管108之透視圖，且第3圖為俯視圖。根據本發明之蒸氣刀歧管108包括兩個蒸氣刀組件202，該兩個蒸氣刀組件202經安置以在通過組件202之間的基板106兩側噴灑低體積的IPA蒸氣(或其他化學品)之層流。組件202在一端一起耦接成與蒸氣供應配件204流體連通，且在另一端藉由帽206封閉。配件204及帽206可由不銹鋼316或316L製成，但可使用任何可行材料。
現轉至第4圖，第4圖提供蒸氣刀組件202之分解透視圖。蒸氣刀組件202包括基底402、填隙片404 及頂板406，基底402、填隙片404及頂板406可如第4圖中所指示使用緊固件408(僅標出一個)耦接在一起。可壓縮密封材料410(例如，彈性珠粒)可用於基底402與填隙片404以及頂板406與填隙片404之間，以確保蒸氣不會漏出蒸氣刀組件202。在一些實施例中，基底402、填隙片404、頂板406可由不銹鋼製成。可使用其他可行材料。
填隙片404包括一系列凹口412(僅標出一個)，凹口經安置以允許基底402中之蒸氣退出蒸氣刀組件202。換言之，填隙片404中之凹口412在基底402與頂板406之間提供充當噴孔之開口。如下文將更詳細描述，基底402與頂板406之外部面(蒸氣自外部面退出)彼此齊平且水平，以使得自噴孔流出之蒸氣不會被基底402引導或偏轉得比頂板406更多或更少。耦接至蒸氣供應件之溝道414沿基底402之長度延伸，以將蒸氣分配至凹口412中之每一者。凹口412經由通道416與溝道414流體連通。因此，蒸氣刀組件202適於允許在溝道414處進入蒸氣刀組件202之蒸氣經由凹口412流出蒸氣刀組件202。
在一些實施例中，填隙片404厚約0.0001吋至約0.120吋，以形成噴孔之所需尺寸(例如，橫向維度)。此外，凹口412寬約0.001吋至約1.0吋(在最寬點)以形成噴孔之所需尺寸(例如，垂直維度)。該等維度及噴孔形狀允許蒸氣以適於對半導體基板進行馬蘭哥尼乾燥之體積及速率流動。更特定言之，上述佈置及維度允許噴孔直接瞄準在自清洗池102移除基板106時在液體線處形成的新月形。進 一步地，此佈置及維度導致蒸氣流將所需壓力施加在新月形上以壓縮該新月形，且形成表面張力梯度以達成對基板之馬蘭哥尼乾燥。
現轉至第5圖及第6圖，第5圖及第6圖提供根據本發明之實例蒸氣刀歧管108之額外視圖。第6圖為在第5圖中之切割線A--A處截取的蒸氣刀歧管108之放大橫截面圖。第6圖圖示蒸氣刀組件202在蒸氣刀歧管108中之相對位置及定向，該相對位置及定向連同本發明之上述特徵一起促進同時對基板兩側之馬蘭哥尼乾燥。
第7圖提供類似於第6圖之橫截面圖，但表示出基板106及在清洗池102中之清洗液體104之相對位置。當將基板106在箭頭702的方向上舉離清洗流體104時，新月形704在清洗流體104與空氣之界面處沿著基板106之寬度形成於基板106之任一側上。如由自蒸氣刀組件202之噴孔708延伸至新月形704之箭頭706所指示，噴孔708直接瞄準清洗流體104與空氣沿著基板106之寬度之界面。如第7圖中所見，蒸氣刀組件202經定向及定位以使得噴孔708可經瞄準以使蒸氣在指定區域處流動。在一些實施例中，箭頭706與水平參考線(例如，實質上垂直於基板106之主表面的線)之間的角θ可為約5度至約85度。在一些實施例中，角θ可在約15度至約30度之範圍內。在其他實施例中，可使用其他可行角度。
轉至第8圖，第8圖提供蒸氣刀組件202之放大橫截面側視圖。如上文關於第4圖所指示，蒸氣刀組件 202包括可如圖所示耦接在一起之基底402、填隙片404及頂板406。可壓縮密封材料410(例如，彈性珠粒)可用於基底402與填隙片404以及頂板406與填隙片404之間的凹槽中，以確保蒸氣不會漏出蒸氣刀組件202。在一些實施例中，基底402、填隙片404、頂板406可由不銹鋼製成。可使用其他可行材料。
如第4圖中所示，填隙片404包括一系列凹口412(第8圖中不可見，但第4圖中可見)，凹口經安置以允許基底402中之蒸氣退出蒸氣刀組件202。換言之，填隙片404中之凹口412在基底402與頂板406之間提供充當噴孔708之開口。基底402之外部面802與頂板406之外部面804(蒸氣自外部面804退出)彼此齊平且水平，以使得自噴孔708流出之蒸氣不會被基底402引導或偏轉得比頂板406更多或更少。耦接至蒸氣供應件之溝道414沿基底402之長度延伸，以將蒸氣分配至凹口412中之每一者。凹口412經由通道416與溝道414流體連通。因此，蒸氣刀組件202適於允許在溝道414處進入蒸氣刀組件202之蒸氣經由通道406及凹口412流出蒸氣刀組件202之噴孔708。
第9圖為第8圖中標記為「B」之區域的放大圖。在此圖中，可清楚地看出基底402之外部面802與頂板406之外部面804之相對位置彼此齊平。此外，更清楚地圖示噴孔708。注意，填隙片404之外邊緣902相對於基底402之外部面802及頂板406之外部面804凹回至蒸氣刀組件202中。
現轉至第10圖及第11圖，第10圖及第11圖提供上覆於基底402上無頂板406的填隙片404之一部分的俯視圖。第11圖為第10中標記為「C」之區域的放大圖，其中可見穿過填隙片404之隱藏線。此等圖式說明極小開口1102自基底402之溝道414至各別通道416而形成於每一凹口412之頂點處。
第12A圖及第12B圖圖示先前技術噴霧棒與本發明之蒸氣刀組件202的噴灑圖案及波前形狀之間的差異。第12A圖示蒸氣薄層波前形狀1202A，該蒸氣薄層波前形狀1202A包括相對較尖且大的波峰及波谷。此形狀1202A為習知噴霧棒之圓形噴孔形狀的結果，習知噴霧棒具有相對較窄的非重疊噴灑圖案1204A，如由箭頭所指示。相比之下，第12B圖示蒸氣薄層波前形狀1202B，該形狀1202B包括相對較平滑且小的波峰及波谷。此形狀1202B為馬蘭哥尼蒸氣刀組件202之噴孔形狀之結果，馬蘭哥尼蒸氣刀組件202具有相對較寬的重疊噴灑圖案1204B，如由箭頭所指示。較平且較平滑之波前形狀1202B優於先前技術波前形狀1202A，因為藉由較平且較平滑之波前形狀1202B將更一致且均勻之力施加至新月形。
現轉至第13圖，第13圖提供圖示使用上述裝置對基板進行馬蘭哥尼乾燥之實例方法1300的流程圖。在步驟1302中，提供馬蘭哥尼蒸氣刀歧管。該歧管包括耦接至共同蒸氣(例如，IPA蒸氣)供應件之兩個馬蘭哥尼蒸氣刀組件。在一些實施例中，可使用單獨的供應件。該等組件之噴 孔經佈置以使得噴孔皆瞄準通過組件之間的基板。每一馬蘭哥尼蒸氣刀組件包括基底、頂部及填隙片。該基底包括縱向延伸穿過該基底之長度的溝道。複數個通道自該溝道朝向該基底之外部面橫向延伸。該頂板適於可移除地耦接至該基底。該頂板包括外部面，當基底與頂板耦接在一起時，該外部面與基底之外部面齊平。該填隙片適於安置在該基底與該頂板之間。該填隙片包括凹口，該等凹口形成每一組件中之噴孔。
在步驟1304中，自清洗池移除基板，且基板同時在兩個馬蘭哥尼蒸氣刀組件之間移動。在步驟1306中，自噴孔排出蒸氣流(例如，IPA蒸氣薄層)。該蒸氣流係瞄準沿著基板之寬度在基板兩側上的空氣/流體界面處形成的新月形。在一些實施例中，提供馬蘭哥尼蒸氣刀歧管包括提供具有填隙片之馬蘭哥尼蒸氣刀組件，該等填隙片具有沿著填隙片外邊緣安置之複數個V形凹口。在一些實施例中，該等凹口各自經安置以形成至基底之通道的開口。在一些實施例中，每一凹口、基底及頂板一起形成組件中之複數個噴孔。在一些實施例中，方法1300進一步包括當噴孔堵塞時拆卸並清潔該等組件。在一些實施例中，自噴孔引導蒸氣流包括使蒸氣流動穿過與噴孔流體連通之溝道且藉由該等噴孔形成蒸氣薄層。
因此，儘管已結合本發明之較佳實施例揭示了本發明，但應理解，其他實施例可屬於如由以下申請專利範圍界定之本發明之範疇內。
100‧‧‧馬蘭哥尼基板乾燥系統
102‧‧‧清洗槽
104‧‧‧清洗流體/清洗液體
106‧‧‧基板
108‧‧‧蒸氣刀歧管

Claims (20)

  1. 一種馬蘭哥尼蒸氣刀組件，該組件包含：一基底，該基底具有縱向延伸穿過該基底之一溝道及自該溝道朝向該基底之一外部面橫向延伸之複數個通道；一頂板，該頂板可移除地耦接至該基底，該頂板之一外部面與該基底之該外部面齊平；以及一填隙片，該填隙片安置於該基底與該頂板之間，且該填隙片在該組件中形成複數個噴孔。
  2. 如請求項1所述之組件，其中該填隙片包括沿著該填隙片之一外邊緣安置之複數個凹口。
  3. 如請求項2所述之組件，其中該等凹口各自經安置以形成至該基底之該等通道的一開口。
  4. 如請求項2所述之組件，其中該等凹口之每一者、該基底及該頂板一起形成該組件中之該複數個噴孔。
  5. 如請求項1所述之組件，其中該基底、頂板及填隙片係經由可移除的緊固件耦接在一起。
  6. 一種馬蘭哥尼蒸氣刀組件，該組件包含：一基底，該基底具有縱向延伸穿過該基底之一溝道及自該溝道朝向該基底之一外部面橫向延伸之複數個通道； 一頂板，該頂板適於可移除地耦接至該基底，該頂板之一外部面與該基底之該外部面齊平；以及一填隙片，該填隙片適於安置於該基底與該頂板之間，且該填隙片進一步適於在該組件中形成複數個噴孔，其中該溝道與該等噴孔流體連通，且該組件適於將由該等噴孔形成之一蒸氣薄層引導至正自一清洗池移除之一基板上的一新月形。
  7. 一種馬蘭哥尼蒸氣刀組件，該組件包含：一基底，該基底具有縱向延伸穿過該基底之一溝道及自該溝道朝向該基底之一外部面橫向延伸之複數個通道；一頂板，該頂板適於可移除地耦接至該基底，該頂板之一外部面與該基底之該外部面齊平；以及一填隙片，該填隙片適於安置於該基底與該頂板之間，且進一步適於在該組件中形成複數個噴孔，其中該溝道與該等噴孔流體連通，且該組件適於對通過該組件之一基板進行馬蘭哥尼乾燥。
  8. 一種馬蘭哥尼蒸氣刀歧管，該歧管包含：一第一馬蘭哥尼蒸氣刀組件；以及一第二馬蘭哥尼蒸氣刀組件，其中該第一馬蘭哥尼蒸氣刀組件及該第二馬蘭哥尼蒸氣刀組件耦接至一或多個蒸氣供應件，其中該等組件之噴孔適於瞄準通過該等組件之間的一基 板，並且其中該等馬蘭哥尼蒸氣刀組件各自包括：一基底，該基底具有縱向延伸穿過該基底之一溝道及自該溝道朝向該基底之一外部面橫向延伸之複數個通道；一頂板，該頂板適於可移除地耦接至該基底，該頂板之一外部面與該基底之該外部面齊平；以及一填隙片，該填隙片適於安置於該基底與該頂板之間，且該填隙片進一步適於在每一組件中形成該等噴孔。
  9. 如請求項8所述之歧管，其中該填隙片包括沿著該填隙片之一外邊緣安置之複數個凹口。
  10. 如請求項9所述之歧管，其中該等凹口各自經安置以形成至該基底之該等通道的一開口。
  11. 如請求項9所述之歧管，其中該等凹口之每一者、該基底及該頂板一起形成該組件中之該複數個噴孔。
  12. 如請求項8所述之歧管，其中該基底、頂板及填隙片係經由可移除的緊固件耦接在一起。
  13. 如請求項8所述之歧管，其中該溝道與該等噴孔流體連通，且該組件適於將由該等噴孔形成之一蒸氣薄層引導至正自一清洗池移除之一基板上的一新月形。
  14. 如請求項8所述之歧管，其中該溝道與該等噴孔流體連通，且該組件適於對通過該組件之一基板進行馬蘭哥尼乾燥。
  15. 一種對一基板進行馬蘭哥尼乾燥之方法，該方法包含以下步驟：提供一馬蘭哥尼蒸氣刀歧管，該歧管包括一第一馬蘭哥尼蒸氣刀組件及一第二馬蘭哥尼蒸氣刀組件，其中該第一馬蘭哥尼蒸氣刀組件及該第二馬蘭哥尼蒸氣刀組件皆耦接至一共同蒸氣供應件，其中該等組件之噴孔適於瞄準通過該等組件之間的一基板，且其中該等馬蘭哥尼蒸氣刀組件各自包括：一基底，該基底具有縱向延伸穿過該基底之一溝道及自該溝道朝向該基底之一外部面橫向延伸之複數個通道；一頂板，該頂板適於可移除地耦接至該基底，該頂板之一外部面與該基底之該外部面齊平；及一填隙片，該填隙片適於安置於該基底與該頂板之間，且該填隙片進一步適於在每一組件中形成該等噴孔；自位於該第一馬蘭哥尼蒸氣刀組件與該第二馬蘭哥尼蒸氣刀組件之間的一清洗池移除一基板；以及將一蒸氣流自該等噴孔引導至新月形處，該新月形在該基板的兩側上的一空氣/流體界面處沿著該基板之一寬度形成。
  16. 如請求項15所述之方法，其中提供一馬蘭哥尼蒸氣刀歧管之步驟包含以下步驟：提供一填隙片，該填隙片包括沿著該填隙片之一外邊緣安置之複數個凹口。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該等凹口各自經安置以形成至該基底之該等通道的一開口。
  18. 如請求項16所述之方法，其中該等凹口之每一者、該基底及該頂板一起形成該組件中之該複數個噴孔。
  19. 如請求項15所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：在一噴孔堵塞時拆卸並清潔該第一或第二組件。
  20. 如請求項15所述之方法，其中自該等噴孔引導一蒸氣流之步驟包括以下步驟：使蒸氣流動穿過與該等噴孔流體連通之該溝道且藉由該噴孔形成一蒸氣薄層。
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