CN108028213B - 用于毫秒退火系统的预热方法 - Google Patents

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Abstract

提供用于毫秒退火系统的预热方法。在一个示例性实施方式中，预热方法可以包括：将衬底置于在毫秒退火系统的处理室中的晶片支承板上；使用温度传感器获得晶片支承板的一个或更多个温度测量值；以及至少部分基于晶片支承板的温度来应用预热制度以加热晶片支承板。在一个示例性实施方式中，预热方法可以包括：从具有毫秒退火系统中的晶片支承板的视场的温度传感器获得一个或更多个温度测量值；以及至少部分地基于一个或更多个温度测量值来应用脉冲预热制度以加热毫秒退火系统中的晶片支承板。

Description

用于毫秒退火系统的预热方法
优先权要求
由此，本申请要求于2015年12月30日提交的题为“Pre-heat Processes forMillisecond Anneal System”的美国临时申请序列号62/272,811的优先权权益，其通过引用并入本文。
技术领域
本公开一般地涉及热处理室，并且更具体地涉及用于处理衬底例如半导体衬底的毫秒退火热处理室。
背景技术
毫秒退火系统可以用于衬底例如硅晶片的超快速热处理的半导体处理。在半导体处理中，快速热处理可以用作为在控制掺杂物质的扩散的同时修复植入损伤、改善沉积层的质量、改善层界面的质量、活化掺杂剂以及实现其他目的的退火步骤。
半导体衬底的毫秒或超快速温度处理可以通过使用强且短暂的光暴露以可超过每秒104℃的速率加热衬底的整个顶表面来实现。衬底的仅一个表面的快速加热可以在衬底的厚度上产生大的温度梯度，同时衬底的本体保持光暴露之前的温度。因此衬底的本体充当散热器，导致顶表面的快速冷却速率。
发明内容
本公开的实施方案的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从该描述中了解，或者可以通过实施方案的实践来了解。
本公开的一个示例性方面是用于毫秒退火系统的预热方法。该预热方法包括将衬底置于在毫秒退火系统的处理室中的晶片支承板上。处理室被分成顶部室和底部室。该方法包括使用温度传感器获得晶片支承板的一个或更多个温度测量值。该方法包括至少部分地基于晶片支承板的一个或更多个温度测量值来应用预热制度(recipe)以加热晶片支承板。
本公开的另一示例性方面涉及用于毫秒退火系统的温度测量系统。温度测量系统包括远红外温度传感器，其被配置成获得在小于约450℃的工艺温度下的毫秒退火系统中半导体衬底的一个或更多个温度测量值。毫秒退火系统可以包括具有晶片平板的处理室。晶片平板可以将处理室分成顶部室和底部室。温度测量系统可以包括处理电路，该处理电路被配置成对来自温度传感器的测量值进行处理，以确定在小于约450℃的温度的半导体衬底的温度。
本公开的又一示例性方面涉及用于毫秒退火系统的预热方法。预热方法包括从具有毫秒退火系统中的晶片支承板的视场的温度传感器获得一个或更多个温度测量值。毫秒退火系统具有被分成顶部处理室和底部处理室的处理室。该方法包括至少部分地基于一个或更多个温度测量值应用脉冲预热制度以加热毫秒退火系统中的晶片支承板。在应用脉冲加热制度期间，没有衬底位于晶片支承板上。
可以对本公开的示例性方面做出变化和修改。
本公开的其他示例性方面涉及用于对半导体衬底进行热处理的系统、方法、装置和工艺。
参照下面的描述和所附权利要求，各种实施方案的这些以及其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书且构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施方案，并且与下面的描述一起用于说明相关原理。
附图说明
在说明书中参考附图阐述了针对本领域普通技术人员的实施方案的详细讨论，在附图中：
图1描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性毫秒退火加热曲线；
图2描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性毫秒退火系统的一部分的示例性立体图；
图3描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性毫秒退火系统的分解图；
图4描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性毫秒退火系统的截面图；
图5描绘了在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统中使用的示例性灯的立体图；
图6描绘了在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统的晶片平板中使用的示例性边缘反射器；
图7描绘了可以在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统中使用的示例反射器；
图8描绘了可以在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统中使用的示例性弧灯；
图9至图10描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性弧灯的操作；
图11示出了根据本公开的示例性实施方案的示例性电极的截面图；
图12描绘了用于将水和气体(例如，氩气)供应到在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统中使用的示例性弧灯的示例性闭环系统；
图13描绘了用于根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统的示例性温度测量系统；
图14描绘了根据本公开的示例性实施方案的具有用于将半导体衬底加热到中间温度的卤钨灯的示例性毫秒退火系统；
图15描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性方法的流程图；
图16描绘了根据本公开的示例性实施方案的具有被配置成确定晶片支承板的温度的高温计温度传感器的示例性处理室；
图17描绘与由石英制成的晶片支承板相关联的典型的热发射谱；
图18描绘了根据本公开的示例性实施方案的因弛豫引起的晶片支承板温度分布的图形表示；
图19描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性方法的流程图；
图20描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性脉冲预热制度；
图21描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性脉冲预热制度；以及
图22描绘了根据本公开的示例性实施方案的具有远红外温度传感器的示例性毫秒退火系统。
具体实施方式
现在将详细参考实施方案，在附图中示出了实施方案的一个或更多个示例。通过说明实施方案而不是限制本公开的方式来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员而言明显的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下可以对实施方案进行各种修改和改变。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以与另一实施方案一起使用以产生又一实施方案。因此，意指的是，本公开的各方面意图覆盖这些修改和改变。
概述
本公开的示例性方面涉及用于毫秒退火系统的预热方法，以在对衬底的毫秒热处理期间减少第一衬底(例如，硅晶片)的影响。出于说明和讨论的目的，参考“晶片”或半导体晶片来讨论本公开的各方面。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，本公开的示例性方面可以与任何工件、半导体衬底或其他合适的衬底结合使用。另外，术语“约”与数值一起使用意在指所述数值的10％范围内。
可以使用强烈且短暂的光暴露(例如“闪光”)以可超过每秒104℃的速率加热晶片的整个顶表面来实现半导体晶片的毫秒或超快热处理。典型的热处理周期可以包括：(a)将冷的半导体衬底装载到室中；(b)使用例如氮气(大气压)对室进行吹扫；(c)将半导体衬底加热到中间温度Ti；(d)通过半导体衬底的顶表面的闪光暴露来毫秒加热，而晶片的本体保持在Ti；(e)通过半导体衬底的顶表面的传导冷却来快速冷却，其中半导体衬底的本体是传导耦合的散热器；(f)通过热辐射和对流使半导体衬底的本体缓慢冷却，其中大气压下的处理气体作为冷却剂；以及(g)将半导体衬底传送回盒。
可以在工艺制度中规定热处理周期中的处理步骤的确切参数(例如，持续时间、温度设定点、加热速率等)。工艺制度可以编辑，并且可以由使用者修改。制度可以在运行时由一个或更多个电子系统控制器执行。控制器可以包括一个或更多个处理器和一个或更多个存储装置。存储装置可将制度存储为计算机可读指令，所述计算机可读指令在由一个或更多个处理器执行时使控制器实施制度。
系统可以具有存储在一个或更多个存储装置中的多个预定义制度。应用或热处理的类型可以确定执行哪个制度。半导体衬底可以通过FOUP(前开式标准晶圆盒，FrontOpening Unified Pods)装载到系统上，该FOUP包括容置例如25个半导体衬底的盒或其他合适的输入机构。25个半导体衬底的实体可以构成半导体衬底的“批”或“批次”。通常一批次使用相同的工艺制度来处理。如果使用相同制度的处理批次之间没有中断，则可以说系统以连续模式运行。
如下面详细讨论的那样，其中进行这种处理周期的处理室可以包括：(1)由例如石英玻璃制成的晶片支承板；(2)由高反射性水冷铝板制成的室壁；(3)对于加热光透明的由水冷石英板制成的顶部水窗和底部水窗。除了晶片支承板之外，室的所有组件都可以被主动冷却并且可以在整个半导体衬底的热处理方法中保持恒定的温度。在一些实施方案中，晶片支承板不被主动冷却。
当从冷系统开始时，每个热处理周期在加热半导体衬底时对晶片支承板进行加热，并且在周期的冷却阶段期间对晶片支承板进行冷却。由于加热阶段通常比冷却阶段更主要，所以板的平均温度随着每个周期而增加，直到其达到平衡温度。在达到平衡温度之前，每个经历热处理的半导体衬底都会遇到不同的热辐射背景，从而影响处理方法的热预算并因此影响处理结果。为了实现良好的重复性，冷处理室可能需要预热到平衡温度。这可以通过在多个预热伪晶片(dummy wafer)上执行工艺制度来完成。例如可以使用六个预热伪晶片为此目的，并且可以在第一批次正在处理之前运行。当系统以连续模式运行时，由于晶片支承板自动保持在平衡温度，因此不需要预热伪晶片。
伪晶片的不利之处在于需要预热伪晶片，并且预热周期占用相当大的处理时间。当系统不能保持以连续模式运行或者需要运行各自需要晶片支承板的不同平衡温度的多种应用时，尤其如此。因此，预热伪晶片可能必须在批次之间运行。
本公开的示例性方面旨在减少预热处理时间和/或减少将处理室预热到平衡温度的伪晶片的数量。以这种方式，可以改善毫秒退火系统的操作效率。
例如，一个示例性实施方案涉及用于毫秒退火系统的预热方法。该方法可以包括将衬底置于在毫秒退火系统的处理室中的晶片支承板上。处理室可以分成顶部室和底部室。该方法可以包括使用温度传感器获得晶片支承板的一个或更多个温度测量值；以及至少部分地基于晶片支承板的一个或更多个温度测量值来应用预热制度以加热晶片支承板。
可以对该示例性实施方案进行变化和修改。例如，在一些实施方案中，晶片支承板可以是石英材料。在一些实施方案中，衬底可以包括伪半导体衬底(dummy semiconductorsubstrate)。
在一些实施方案中，至少部分地基于晶片支承板的一个或更多个温度测量值应用预热制度以加热晶片支承板可以包括应用预热制度以加热晶片支承板，直到晶片支承板的温度达到预设温度。当晶片支承板达到预设温度时，该方法可以包括：停止预热制度；以及对处理室中的第二衬底应用工艺制度。工艺制度与预热制度不同。
在一些实施方案中，预热制度指定使用位于靠近毫秒退火系统中的底部处理室的一个或更多个连续模式灯来加热晶片支承板和衬底。至少部分地基于晶片支承板的一个或更多个温度测量值来控制一个或更多个连续模式灯。
在一些实施方案中，温度传感器可以包括具有与大于约4μm的波长相关联的测量温度的高温计。在一些实施方案中，温度传感器位于底部室中并且具有晶片支承板的视场而不受毫秒退火系统的水窗的遮挡。
本公开的另一示例性实施方案涉及用于毫秒退火系统的温度测量系统。该温度测量系统可以包括远红外温度传感器，该远红外温度传感器被配置成获得在小于约450℃的处理温度(例如，小于约300℃，例如小于约250℃)下的毫秒退火系统中的半导体衬底的一个或更多个温度测量值。毫秒退火系统可以包括具有晶片平板的处理室。晶片平板可以将处理室分成顶部室和底部室。温度测量系统可以包括处理电路，该处理电路被配置成对来自温度传感器的测量值进行处理以确定在小于约450℃(例如，小于约300℃，例如小于约250℃)的温度的半导体衬底的温度。
在一些实施方案中，远红外温度传感器包括与约8μm至约14μm的光谱范围相关联的高温计。在一些实施方案中，远红外温度传感器安装在毫秒退火系统的顶部室的角部处。远红外温度传感器可以不被毫秒退火系统的水窗遮挡。
在一些实施方案中，温度测量系统还包括第二温度传感器，其被配置成测量毫秒退火系统中的晶片支承板的温度。第二温度传感器可以位于底部处理室中并且具有晶片支承板的视场。
本公开的另一示例性实施方案涉及用于毫秒退火系统的预热方法。预热方法可以包括从具有毫秒退火系统中的晶片支承板的视场的温度传感器获得一个或更多个温度测量值。毫秒退火系统可以具有被分成顶部处理室和底部处理室的处理室。该方法包括至少部分地基于一个或更多个温度测量值应用脉冲预热制度以加热毫秒退火系统中的晶片支承板。在应用脉冲加热制度期间，没有衬底位于晶片支承板上。在一些实施方案中，晶片支承板是石英材料。
在一些实施方案中，至少部分地基于晶片支承板的温度来应用脉冲预热制度以加热晶片支承板包括应用预热制度以加热晶片支承板，直到晶片支承板的温度达到预设温度。当晶片支承板达到预设温度时，该方法可以包括：停止预热制度；以及对处理室中的第二衬底应用工艺制度。工艺制度与预热制度不同。
在一些实施方案中，脉冲预热制度可以指定复数个加热光脉冲。在一些实施方案中，温度传感器可以包括具有与大于约4μm的波长相关联的测量温度值的高温计。
示例性毫秒退火系统
示例性毫秒退火系统可以被配置成提供强且短暂的光暴露来以超过例如约104℃/秒的速率加热晶片的顶表面。图1描绘了使用毫秒退火系统实现的半导体衬底的示例性温度曲线100。如图1所示，在斜升阶段102期间，半导体衬底(例如，硅晶片)的本体被加热到中间温度Ti。中间温度可以在约450℃至约900℃的范围内。当达到中间温度Ti时，半导体衬底的顶侧可以暴露于非常短暂而强的闪光，引起高达约104℃/秒的加热速率。窗口110示出了在短暂且强的闪光期间半导体衬底的温度曲线。曲线112表示在闪光暴露期间半导体衬底的顶表面的快速加热。曲线116描绘了在闪光暴露期间半导体衬底的其余部分或本体的温度。曲线114表示通过用作散热器的半导体衬底的本体对半导体衬底的顶表面的冷却传导而导致的快速冷却。半导体衬底的本体用作散热器，为衬底产生高的顶侧冷却速率。曲线104表示通过热辐射和对流使半导体衬底的本体缓慢冷却，其中工艺气体作为冷却剂。
示例性毫秒退火系统可以包括多个弧灯(例如，四个氩弧灯)作为光源，以用于半导体衬底的顶表面的强毫秒长曝光——所谓的“闪光”。当衬底已被加热到中间温度(例如，约450℃到约900℃)时，可以将闪光施加到半导体衬底。可以使用多个连续模式弧灯(例如，两个氩弧灯)以将半导体衬底加热到中间温度。在一些实施方案中，将半导体衬底加热到中间温度通过以斜升速率经过半导体衬底的底表面加热晶片的整个本体来实现。
图2至图5示出了根据本公开的示例性实施方案的示例性毫秒退火系统80的多个方面。如图2至图4所示，毫秒退火系统80可以包括处理室200。处理室200可以被晶片平板210分成顶部室202和底部室204。半导体衬底60(例如，硅晶片)可以由安装到晶片支承板214(例如，插入晶片平板210中的石英玻璃板)的支承销212(例如石英支承销)支承。
如图2和图4所示，毫秒退火系统80可以包括布置成靠近顶部室202的复数个弧灯220(例如，四个氩弧灯)作为光源，以用于半导体衬底60的顶表面的强毫秒长曝光——所谓的“闪光”。当衬底已被加热到中间温度(例如，约450℃到约900℃)时，可以将闪光施加到半导体衬底。
可以使用位于靠近底部室204的复数个连续模式弧灯240(例如，两个氩弧灯)以将半导体衬底60加热到中间温度。在一些实施方案中，将半导体衬底60加热到中间温度通过从底部室204以斜升速率经过半导体衬底的底表面加热半导体衬底60的整个本体来实现。
如图3所示，来自底弧灯240(例如，用于将半导体衬底加热到中间温度)和来自顶弧灯220(例如用于提供通过闪光的毫秒加热)的加热半导体衬底60的光可以通过水窗260(例如水冷石英玻璃窗)进入处理室200。在一些实施方案中，水窗260可以包括夹层结构：两个石英玻璃板之间夹着约4mm厚的水层，该水层在玻璃板之间循环以冷却石英板，并且提供针对例如高于约1400纳米的波长的滤光器。
还如图3中图示的，处理室壁250可以包括用于反射加热光的反射镜270。反射镜270例如可以是水冷抛光铝面板。在一些实施方案中，用在毫秒退火系统中的弧灯的主体可以包括反射器以用于灯照射。例如，图5描绘了可以用在毫秒退火系统200中的顶部灯阵列220和底部灯阵列240的立体图。如所示出的，每个灯阵列220和240的主体均可以包括用于反射加热光的反射器262。这些反射器262可以形成毫秒退火系统80的处理室200的反射表面的一部分。
可以通过操纵落到半导体衬底的不同区域上的光密度来控制半导体衬底的温度均匀性。在一些实施方案中，可以通过改变小尺寸反射器到主反射器的反射度和/或通过使用围绕晶片安装在晶片支承平面上的边缘反射器来实现均匀性调节。
例如，边缘反射器可以用来将来自底部灯240的光重新引导至半导体衬底60的边缘。作为示例，图6描绘了示例性边缘反射器264，边缘反射器264形成晶片平板210的可以用来将来自底部灯240的光引导至半导体衬底60的边缘的部分。边缘反射器264可以安装至晶片平板210并且可以围绕或至少部分地围绕半导体衬底60。
在一些实施方案中，也可以在晶片平板210附近的室壁上安装附加的反射器。图7描绘了可以安装至处理室壁的可以用作用于加热光的反射镜的示例性反射器。更具体地，图7示出了安装至下室壁254的示例性楔反射器272。图7还图示了安装至上室壁252的反射器270的反射元件274。可以通过改变处理室200中的楔反射器272和/或其他反射元件(例如反射元件274)的反射度来调节半导体衬底60的处理的均匀性。
图8至图11描绘了可以用作用于半导体衬底60的顶表面的强毫秒长曝光的光源(例如“闪光”)的示例性上弧灯220的方面。例如，图8描绘了示例性弧灯220的截面图。弧灯220可以是例如开放式流弧灯(open flow arc lamp)，其中加压的氩气(或其他合适的气体)在电弧放电期间被转换成高压等离子体。电弧放电发生在带负电的阴极222与间隔开的带正电的阳极230(例如间隔开约300mm)之间的石英管225中。一旦阴极222与阳极230之间的电压达到氩的击穿电压(例如约30kV)或其他合适的气体的击穿电压，就形成稳定的低感应等离子体，该稳定的低感应等离子体发射电磁频谱的可见光和UV范围内的光。如图9中所示，灯可以包括灯反射器262，该灯反射器262可以用来反射由用于处理半导体衬底60的灯提供的光。
图10和图11描绘了根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统80中的弧灯220的示例性操作的方面。更具体地，等离子体226容置在石英管225内，石英管225由水壁228从内部水冷却。水壁228以高流速在灯200的阴极端处注入并在阳极端处排出。对于氩气229也是如此，氩气229同样在阴极端处进入灯220并从阳极端排出。形成水壁228的水垂直于灯轴注入，使得离心作用产生水涡流。因此，沿着灯的中心线形成用于氩气229的通道。氩气柱229以与水壁228相同的方向旋转。一旦形成等离子体226，水壁228就保护石英管225并将等离子体226限制至中心轴线。仅水壁228和电极(阴极230和阳极222)与高能等离子体226直接接触。
图11描绘了根据本公开的示例性实施方案的与弧灯结合使用的示例性电极(例如阴极230)的截面图。图11描绘了阴极230。然而，类似的构造可以用于阳极222。
在一些实施方案中，在电极经受高热载荷时，一个或更多个电极可以各自包括梢部232。梢部可以由钨制成。梢部可以耦接至和/或熔合至水冷的铜散热器234。铜散热器234可以包括电极的内部冷却系统(例如，一个或更多个水冷通道236)的至少一部分。电极还可以包括具有水冷通道236的黄铜基部235，以提供水或其他流体的循环以及电极的冷却。
用在根据本公开的方面的示例性毫秒退火系统中的弧灯可以是对于水和氩气的开放流动式系统。然而，出于保持的原因，在一些实施方案中，两种介质都可以在闭环系统中循环。
图12描绘了示例性闭环系统300，示例性闭环系统300用于供给对用在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统中的开放式流氩弧灯进行操作所需的水和氩气。
更具体地，高纯水302和氩304被供给至灯220。高纯水302用于水壁并用于电极的冷却。离开灯的是气体/水混合物306。该水/气体混合物306在其可以被重新供给至灯220的入口之前被分离器310分离成无气体水302和干氩304。为了产生所需的跨灯220的压降，气体/水混合物306借助于水驱喷射泵320被泵送。
大功率电动泵330提供用以驱动灯220中的水壁、灯电极的冷却水以及喷射泵320的动力流的水压。喷射泵320下游的分离器310可以用来从混合物(氩)提取液相和气相。氩在其重新进入灯220之前在聚结过滤器340中被进一步干燥。如果需要，可以从氩源350供给附加的氩。
水通过一个或更多个颗粒过滤器350以去除由电弧溅射到水中的颗粒。离子污染物通过离子交换树脂去除。一部分水流过混合床离子交换过滤器370。通向离子交换旁路370的入口阀372可以通过水电阻率来控制。如果水电阻率下降成低于下限值，则阀372打开，当水电阻率达到上限值时，阀372关闭。系统可以包括活性炭过滤器旁路回路380，在活性炭过滤器旁路回路380中可以附加地过滤一部分水以去除有机污染物。为了保持水温，可以使水通过热交换器390。
根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统可以包括独立地测量半导体衬底的两个表面(例如顶表面和底表面)的温度的能力。图13描绘了用于毫秒退火系统200的示例性温度测量系统150。
图13中示出了毫秒退火系统200的简化表示。可以通过温度传感器、比如温度传感器152和温度传感器154独立地测量半导体衬底60的两侧的温度。温度传感器152可以测量半导体衬底60的顶表面的温度。温度传感器154可以测量半导体衬底60的底表面。在一些实施方案中，可以使用具有约1400nm的测量波长的窄带高温测量传感器作为温度传感器152和/或温度传感器154以测量例如半导体衬底60的中心区域的温度。在一些实施方案中，温度传感器152和154可以是具有高到足以解决由闪光加热引起的毫秒温度尖峰的采样率的超快速辐射计(UFR(ultra-fast radiometers))。
温度传感器152和154的读数可以是发射率补偿的。如图13中所示，发射率补偿方案可以包括诊断闪光156、参考温度传感器158以及配置成测量半导体晶片的顶表面和底表面的温度传感器152和154。诊断加热和测量可以与诊断闪光156(例如测试闪光)一起使用。来自参考温度传感器158的测量值可以用于温度传感器152和154的发射率补偿。
在一些实施方案中，毫秒退火系统200可以包括水窗。水窗可以提供抑制温度传感器152和154的测量带中的灯辐射的滤光器，使得温度传感器152和154仅测量来自半导体衬底的照射。
温度传感器152和154的读数可以提供给处理器电路160。处理器电路160可以定位在毫秒退火系统200的壳体内，但是替代性地，处理器电路160可以定位成远离毫秒退火系统200。如果需要，本文中描述的各种功能可以由单个处理器电路执行，或者由本地处理器电路和/或远程处理器电路的其他组合执行。
如下面将详细讨论的那样，温度测量系统可以包括其他温度传感器，例如配置成获得晶片支承板的一个或更多个温度测量值的温度传感器(例如，如图16所示)和/或配置成获得在低于例如约450℃(例如小于约300℃例如小于约250℃)的温度下的半导体衬底的一个或更多个温度测量值的远红外温度传感器(例如，如图22所示)。处理器电路160可以被配置成对从温度传感器获得的测量值进行处理以确定半导体衬底和/或晶片支承板的温度。
用于将半导体衬底加热到中间温度Ti的替选源可以是位于底部处理室中的卤钨灯阵列。例如，对于250kW的总功率两个连续模式弧灯可以各自具有125kW的电功率。各自具有6kW的40个卤钨灯的阵列可以提供相同的功率。图14描绘了具有用于将半导体衬底60加热到中间温度Ti的卤钨灯245的示例性毫秒退火系统。用卤素灯加热的优点是经济。卤钨灯可以更便宜并且可以具有更长的使用寿命。此外，卤钨灯只需要电连接，而不需要昂贵的水冷和水处理单元。
用于室预调节的示例性预热方法
根据本公开的示例性方面，通过使用晶片支承板温度测量系统来确定何时达到平衡温度，可以减少预热室所需的预热伪晶片的时间和数量。例如，在一些实施方案中，晶片支承板可以通过用特殊预热制度向伪晶片施加热来加热。一旦晶片支承板温度达到期望的温度，就可以停止预热制度执行，并且可以开始晶片批次中的第一器件晶片的工艺制度执行。
图15描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例方法(400)的流程图。方法(400)可以在毫秒退火系统例如参照图1至图14讨论的示例性毫秒退火系统之一中实现。图15描绘了出于说明和讨论目的以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容，本领域的普通技术人员将理解，可以以各种方式修改、调整、扩展、省略和/或重新排列本文所述的任何方法或过程的各种步骤而不偏离本公开内容的范围。
在(402)处，该方法包括将半导体衬底置于在毫秒退火系统的处理室中的晶片支承板上。例如，可以将伪晶片置于在图2至图4所示的处理室200中的晶片支承板214上。半导体衬底可以由支承销支承。晶片支承板可以由石英材料制成。例如，晶片支承板可以是石英玻璃板。
在(404)处，该方法可以包括使用温度传感器来获得晶片支承板的一个或更多个温度测量值。图16描绘了根据本公开的示例性实施方案的具有配置成确定晶片支承板214的温度的温度传感器162(例如，石英高温计)的示例性处理室80。如图所示，温度传感器162安装在处理室的处于底部室204的角部之一处的底部，使得温度传感器162的视场不受半导体衬底60和水窗260遮挡。在一些实施方案中，温度传感器162可以被引导至晶片支承板214的中心。
在一些实施方案中，温度传感器162可以是具有超过石英的透射截止(例如，大于约4μm)的测量波长的高温计。例如，图17描绘了与由石英制成的晶片支承板相关联的典型的热发射谱502。如所示，超过约4μm，支承板的石英是不透明的并且发射热辐射。热辐射可以通过温度传感器162以高温测量来测量，以确定晶片支承板的温度。
在图15的(406)处，该方法可以包括确定晶片支承板的温度是否已经达到阈值温度(例如，预设温度)。阈值温度可以与晶片支承板的平衡温度相关联。如果晶片支承板的温度尚未达到阈值温度(例如，不大于或等于阈值温度)，则方法(400)可以包括应用预热制度以加热晶片支承板和半导体衬底(例如伪晶片)，如图15的(408)所示。在一些实施方案中，预热制度可以仅使用连续模式灯以加热放置在晶片支承板上的伪晶片。在一些实施方案中，灯可以闭环控制操作，其中半导体衬底温度和/或晶片支承板温度作为控制输入。
在一些实施方案中，预制度的加热周期可以包括均热和尖峰晶片温度设定点的一种或更多种组合，以及使用闪光灯的闪光加热。在一些实施方案中，加热周期不使用闭环模式。而是连续模式灯以开环方式以固定的功率值运行。在一些实施方案中，预热制度的加热周期包括加热阶段之前的冷却阶段，以改善起始温度一致性并因此改善预调节的可重复性。
如果晶片支承板的温度已经达到阈值温度，则方法(400)可以包括停止预热制度(410)。方法(400)然后可以包括装载用于处理的器件半导体衬底(412)并且应用工艺制度以对半导体衬底进行热处理(414)。工艺制度可以与预热制度不同，并且可以包括用于对来自许多半导体衬底中的处理器件半导体衬底进行处理的制度。
示例性无伪晶片预热方法
根据本公开的示例性方面，可以实施不需要预热伪晶片的预热方法。晶片支承板可以由石英制成，由于其光学特性，石英不易被光加热。在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统中，可以使用弧灯(例如，氩弧灯)来处理半导体衬底。从灯发出的灯辐射可主要包括波长小于1.5μm的光，这是水窗透射的波长范围。在其他快速热处理系统中，光源可以是约3000K的卤钨灯，其中光谱的峰值为约1μm。石英玻璃对于最高达约2μm的光可以是透明的，其中透射系数大于约90％。因此，晶片支承板的通过直接吸收来自弧灯的灯光的加热速率很小。
在使用预热伪晶片的预热方法例如图15所示的方法中，该困难可以避免。在这些示例性实施方案中，主要使用灯光来加热半导体衬底，半导体衬底对于UV直至近红外区域(例如，大约0.2μm至大约1μm)的灯光是良好的吸收体。由于伪晶片再次发射在由其温度确定的波长范围内光(普朗克定律)，加热源的短波长光被转换成长波长范围。例如，1000℃的半导体衬底以大于约2μm的波长范围发射其几乎全部辐射，这很容易被石英材料吸收。因此，石英晶片支承板被来自半导体衬底的二次辐射间接加热。
根据本公开的示例性实施方案，提供了一种由光来加热晶片支承板的高度透明石英而不需要存在半导体衬底的方法。该方法可以利用与图15的方法相同的原理。例如，晶片支承板温度由例如石英高温计传感器测量。可以应用预热制度，直到晶片支承板的温度达到阈值温度(例如，与晶片支承板的平衡温度相关的温度)。
在加热源是卤素灯的系统中，传感器信号不仅包含来自晶片支承板的辐射，而且还包含来自光源本身的辐射。因此晶片支承板温度只能在灯关闭时才能准确测量。
在一些应用中，硅的小片是室的一部分。即使室内没有半导体衬底，这些硅的小片也会留在室内。除了晶片支承板的石英材料之外，这些硅的片是灯光的良好吸收体，不会主动冷却，因此可以快速达到熔点温度。对于每一种如石英那样具有较高的灯光吸收率和较低熔点的其他材料(例如，橡胶垫)，情况也是如此。因此，最大可允许的加热功率可以由室内的材料确定。
直接加热石英板的另一个困难是石英的热传导非常小。因此，在没有半导体衬底的情况下加热时，石英板的温度分布与半导体衬底的静态情况不同。温度分布主要呈现加热源的形状。在通过半导体衬底进行二次加热的情况下为圆形图案。在通过线性加热源(例如弧灯和卤钨灯)直接加热的情况下为条纹图案。
根据本公开的示例性方面的预热方法可以通过使用因冷却引起的弛豫来克服该困难，通过弛豫使温度分布随时间变得平稳。例如，图19描绘了随弛豫的晶片支承板温度分布的图形表示。如图所示，通过热传导，在晶片支承板冷却期间，由灯阵列形成的条纹热图案被平均化。更具体地，曲线504表示在第一时间t1处的作为晶片支承板上的位置的函数的晶片支承板的温度。曲线506表示在第二时间t2处的作为晶片支承板上位置的函数的晶片支承板的温度。曲线506表示在第三时间t3处的作为晶片支承板上的位置的函数的晶片支承板的温度。曲线508表示在第三时间t4处的作为晶片支承板上的位置的函数的晶片支承板的温度。如所示，随着时间从t1到t4，晶片支承板的温度分布接近晶片支承板上的平均温度512。
温度分布均匀所需的时间由材料的热导率和温差决定。这可以在傅里叶热传导定律中看到(为了简单起见，在一维形式中)：
Figure BDA0001599317110000151
Qx：热通量密度
k：材料的热导率
dT/dx：温度梯度
加热晶片支承板的透明石英材料可以基于等温室。在平衡状态下，待加热的衬底呈现等温室壁的温度，并且温度分布可以是均匀的。在一阶近似中，根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统由于高反射室壁而可以是等温室。给定足够长的时间，任何材料，无论其光学特性如何，都将呈现加热源的温度。换句话说，由于加热光被捕获在室的反射箱中，所以多次穿过晶片支承板，每次穿过吸收例如10％的光。最终所有的光都被吸收，并且晶片支承板达到平衡温度。在没有待处理的半导体衬底的空的处理室中，主要吸收体可以是晶片支承板的石英。
本公开的示例性方面涉及将达到平衡温度所需的时间缩短到几分钟。为了达到这个目的，灯可以以脉冲方式运行。每个脉冲的加热功率可以远高于在非脉冲情况下达到平衡温度所需的加热功率(过热)。在加热脉冲之间，温度分布可以通过热扩散来进行弛豫。由于热梯度高，弛豫所需的时间比非脉冲情况短得多。在多次脉冲之后，晶片支承板可以达到平均、均匀的温度。
图19描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性方法(600)的流程图。方法(600)可以在毫秒退火系统例如参考图1至图14讨论的示例性毫秒退火系统之一中实施。图19描绘了出于说明和讨论的目的以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容，本领域的普通技术人员将理解，可以以各种方式修改、调整、扩展、省略和/或重新排列本文所述的任何方法或过程的各种步骤而不偏离公开内容的范围。方法(600)可以在没有半导体衬底位于晶片支承板上的情况下执行。
在(602)处，该方法可以包括使用温度传感器获得晶片支承板的一个或更多个温度测量值。例如，晶片支承板的温度测量值可以从图16的温度传感器162获得。
在图19的(604)处，该方法可以包括确定晶片支承板的温度是否已经达到阈值温度(例如，预设温度)。阈值温度可以与晶片支承板的平衡温度相关联。如果晶片支承板的温度未达到阈值温度(例如，不大于或等于阈值温度)，则方法(600)可以包括如图19的(606)所示的应用脉冲预热制度来加热晶片支承板。
图20描绘了加速晶片支承板达到平衡温度和均匀温度分布所需的时间的示例性脉冲预热制度的图形表示。更具体地，曲线520表示根据本公开的示例性方面的实施脉冲预热制度的灯的脉冲加热。曲线522表示响应于灯的脉冲加热的晶片支承板的温度。在一些示例性实施方案中，脉冲的加热功率使得不超过室的热负荷规格。脉冲的数目可以在10到100之间，并且预热周期的总时间是3到4分钟。
在一些实施方案中，可以至少部分地基于配置成测量晶片支承板的温度的温度传感器(例如，高温计)的温度测量值来控制脉冲加热。由于温度传感器信号也受灯光影响并且仅测量晶片支承板上的小区域，所以温度传感器信号可能不等于平均晶片板温度。在一些实施方案中，灯功率在温度传感器信号达到上限时被切断，并且在石英高温计达到下限时被接通。
例如，图20描绘了根据本公开的示例性实施方案的基于由温度传感器对晶片支承板的温度测量值而对晶片支承板的示例性脉冲预热。曲线540表示根据本公开的示例性方面的实施脉冲预热制度的灯的脉冲加热。如图所示，如果来自温度传感器的信号550达到上限552，则脉冲加热关闭。当来自温度传感器的信号550达到下限554时，脉冲加热开启。几个周期之后，实现了整个晶片支承板上大体均匀的由曲线560表示的平均温度。
在一些实施方案中，达到平衡温度的时间可以通过具有恒定功率的“过热”而缩短，并且当温度传感器信号达到目标温度时关闭。与非脉冲过热相比，脉冲过热方法可以具有几个优点。例如，平均温度可以独立于预热周期的持续时间或脉冲的数量。另外，脉冲预热方法在石英温度传感器信号受寄生信号影响的情况下也可以工作。
参照图19，如果晶片支承板的温度已经达到阈值温度，方法(600)可以包括停止预热制度(610)。方法(600)然后可以包括装载用于处理的器件半导体衬底(612)和应用对半导体衬底进行热处理的工艺制度(614)。工艺制度可以与预热制度不同，并且可以包括用于对来自许多半导体衬底中的器件半导体衬底进行处理的制度。
使用晶片支承板的温度传感器测量值的示例性低温控制
本公开的另一示例性方面涉及通过使用远红外温度传感器来降低毫秒退火系统可以在其处操作的最小中间温度。如上所述，用于在热处理期间测量半导体衬底温度的典型温度传感器包括UFR。UFR通常使用1.45μm的波长来确定半导体衬底的温度。在这个波长下，轻掺杂硅在低于约450℃时是透明的。因此，UFR温度传感器不能用于测量低于450℃的温度。
根据本公开的示例性实施方案，远红外温度传感器(例如，石英高温计温度传感器)可以用于测量半导体衬底的温度。该传感器可以具有大约8μm至大约14μm的远红外光谱范围，该范围处于硅在低温下的发射率非零并且可以拾取辐射信号的范围内。
在一些实施方案中，远红外温度传感器可以安装在毫秒退火系统的顶部室中的一个角部中，使得其视场不受水窗遮挡。例如，图22描绘了根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统80的顶部室202的角部中的远红外温度传感器164的示例性位置。温度传感器164可以具有安装在处理室中的衬底60的视场，而不受水窗的遮挡。
在一些实施方案中，传感器安装在底部半室上并且直接测量热耦接到硅晶片的晶片支承板的温度。测量晶片支承板而不是直接测量半导体衬底的优点在于晶片发射率取决于器件图案并且可以变化，而石英晶片支承板的发射率是恒定的。
虽然已经关于本发明主题的特定示例性实施方案详细描述了本发明主题，但是应当理解的是，本领域技术人员在达到对上述内容的理解时可以容易地得出针对这样的实施方案的修改、变型和等同方案。因此，本公开的范围是作为示例而非作为限制，并且本主题公开并不排除包括对于本领域普通技术人员而言显而易见的对本主题的这样的修改、变型和/或增加。

Claims (11)

1.一种用于毫秒退火系统的预热方法；
将衬底置于在毫秒退火系统的处理室中的晶片支承板上，所述处理室被分成顶部室和底部室；
使用温度传感器获得指示所述晶片支承板温度的一个或更多个温度测量值；
至少部分地基于指示所述晶片支承板温度的所述一个或更多个温度测量值来应用预热制度以加热所述晶片支承板；
其中，至少部分地基于指示所述晶片支承板温度的所述一个或更多个温度测量值来应用预热制度以加热所述晶片支承板包括应用所述预热制度来加热所述晶片支承板直到所述晶片支承板的温度达到预设温度；
其中，当所述晶片支承板达到所述预设温度时，所述方法包括：
停止所述预热制度；以及
对所述处理室中的第二衬底应用工艺制度，所述工艺制度不同于所述预热制度。
2.根据权利要求1所述的预热方法，其中，所述晶片支承板包括石英材料。
3.根据权利要求1所述的预热方法，其中，所述衬底包括伪半导体衬底。
4.根据权利要求1所述的预热方法，其中，所述预热制度指定使用位于靠近所述毫秒退火系统中的底部处理室的一个或更多个连续模式灯来加热所述晶片支承板和所述衬底。
5.根据权利要求4所述的预热方法，其中，至少部分地基于指示所述晶片支承板温度的所述一个或更多个温度测量值控制所述一个或更多个连续模式灯。
6.根据权利要求1所述的预热方法，其中，所述温度传感器包括具有与大于4μm的波长相关联的测量温度的高温计。
7.根据权利要求1所述的预热方法，其中，所述温度传感器位于所述底部室中并且具有所述晶片支承板的视场而不受所述毫秒退火系统的水窗的遮挡。
8.一种用于毫秒退火系统的预热方法，所述预热方法包括：
从具有毫秒退火系统中的晶片支承板的视场的温度传感器获得一个或更多个温度测量值，所述毫秒退火系统具有被分成顶部处理室和底部处理室的处理室；
至少部分地基于所述一个或更多个温度测量值应用脉冲预热制度以加热所述毫秒退火系统中的所述晶片支承板；
其中，在应用所述脉冲预热制度期间没有衬底位于所述晶片支承板上；
其中，至少部分地基于所述一个或更多个温度测量值应用脉冲预热制度以加热所述毫秒退火系统中所述晶片支承板包括应用所述预热制度来加热所述晶片支承板直到所述晶片支承板的温度达到预设温度；
其中，当所述晶片支承板达到所述预设温度时，所述方法包括：
停止所述预热制度；以及
对所述处理室中的第二衬底应用工艺制度，所述工艺制度不同于所述预热制度。
9.根据权利要求8所述的预热方法，其中，所述晶片支承板包括石英材料。
10.根据权利要求8所述的预热方法，其中，所述脉冲预热制度指定复数个加热光脉冲。
11.根据权利要求8所述的预热方法，其中，所述温度传感器包括具有与大于4μm的波长相关联的测量温度的高温计。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6864564B2 (ja) * 2017-06-09 2021-04-28 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法
JP6944347B2 (ja) * 2017-11-07 2021-10-06 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置および熱処理方法
JP7041594B2 (ja) 2018-06-20 2022-03-24 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置
JP7199888B2 (ja) * 2018-09-20 2023-01-06 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
KR102221692B1 (ko) * 2018-10-12 2021-03-03 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
JP7091221B2 (ja) * 2018-10-23 2022-06-27 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP7315331B2 (ja) * 2019-01-28 2023-07-26 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
US20200286757A1 (en) * 2019-03-08 2020-09-10 Dsgi Technologies, Inc. Apparatus for annealing semiconductor integrated circuit wafers
JP7355641B2 (ja) * 2019-12-24 2023-10-03 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置、および、熱処理方法
US12020958B2 (en) * 2020-02-28 2024-06-25 SCREEN Holdings Co., Ltd. Light irradiation type heat treatment method
JP7446881B2 (ja) 2020-03-23 2024-03-11 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法
JP7460394B2 (ja) 2020-02-28 2024-04-02 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法
CN111725100B (zh) * 2020-06-16 2023-02-10 北京北方华创微电子装备有限公司 预热装置及预热方法
KR102662579B1 (ko) 2021-02-24 2024-04-30 곽쾌열 간접 가열 및 냉각 방식 레토르트 살균장치
CN114823427A (zh) * 2022-05-30 2022-07-29 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺设备及其预热腔室

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005515425A (ja) * 2001-12-26 2005-05-26 ボルテック インダストリーズ リミテッド 温度測定および熱処理方法およびシステム
JP2012509575A (ja) * 2008-11-19 2012-04-19 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 基板処理のための高温測定法

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0623935B2 (ja) * 1988-02-09 1994-03-30 大日本スクリーン製造株式会社 再現性を高めた熱処理制御方法
US6179466B1 (en) * 1994-12-19 2001-01-30 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for measuring substrate temperatures
US6204203B1 (en) 1998-10-14 2001-03-20 Applied Materials, Inc. Post deposition treatment of dielectric films for interface control
JP2001127057A (ja) * 1999-10-29 2001-05-11 Applied Materials Inc 半導体製造装置における基板加熱方法
JP4050902B2 (ja) 2000-12-28 2008-02-20 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
JP3798674B2 (ja) 2001-10-29 2006-07-19 大日本スクリーン製造株式会社 熱処理装置および熱処理方法
US6849831B2 (en) * 2002-03-29 2005-02-01 Mattson Technology, Inc. Pulsed processing semiconductor heating methods using combinations of heating sources
US7442415B2 (en) 2003-04-11 2008-10-28 Sharp Laboratories Of America, Inc. Modulated temperature method of atomic layer deposition (ALD) of high dielectric constant films
US7148159B2 (en) 2003-09-29 2006-12-12 Ultratech, Inc. Laser thermal annealing of lightly doped silicon substrates
US7127367B2 (en) * 2003-10-27 2006-10-24 Applied Materials, Inc. Tailored temperature uniformity
US8323754B2 (en) 2004-05-21 2012-12-04 Applied Materials, Inc. Stabilization of high-k dielectric materials
US7790633B1 (en) 2004-10-26 2010-09-07 Novellus Systems, Inc. Sequential deposition/anneal film densification method
JP2006135126A (ja) * 2004-11-08 2006-05-25 Sumco Corp 半導体基板の熱処理方法
JP5084108B2 (ja) * 2005-03-15 2012-11-28 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置の製造方法
US7642205B2 (en) * 2005-04-08 2010-01-05 Mattson Technology, Inc. Rapid thermal processing using energy transfer layers
US9482468B2 (en) * 2005-09-14 2016-11-01 Mattson Technology, Inc. Repeatable heat-treating methods and apparatus
US7371998B2 (en) * 2006-07-05 2008-05-13 Semitool, Inc. Thermal wafer processor
JP5642359B2 (ja) 2009-06-04 2014-12-17 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
US8559799B2 (en) * 2008-11-04 2013-10-15 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Heat treatment apparatus and method for heating substrate by photo-irradiation
JP5507102B2 (ja) 2009-03-19 2014-05-28 大日本スクリーン製造株式会社 熱処理装置および熱処理方法
DE112011102676B4 (de) * 2010-08-09 2019-01-03 Canon Anelva Corporation Substratwärmebehandlungsgerät, Temperatursteuerungsverfahren für Substratwärmebehandlungsgerät, Herstellungsverfahren für Halbleitervorrichtung, Temperatursteuerprogramm für Substratwärmebehandlungsgerät und Aufzeichnungsträger
KR101733179B1 (ko) * 2010-10-15 2017-05-08 맛선 테크놀러지, 인코포레이티드 워크피스를 노출할 조사 펄스의 형상을 결정하는 방법, 장치 및 매체
US8967860B2 (en) * 2011-02-07 2015-03-03 Applied Materials, Inc. Low temperature measurement and control using low temperature pyrometry
US8809175B2 (en) 2011-07-15 2014-08-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods of anneal after deposition of gate layers
US9330949B2 (en) * 2012-03-27 2016-05-03 SCREEN Holdings Co., Ltd. Heat treatment apparatus for heating substrate by irradiating substrate with flash of light
KR101432158B1 (ko) 2012-05-24 2014-08-20 에이피시스템 주식회사 기판 처리 장치 및 그 동작 방법
US9093468B2 (en) 2013-03-13 2015-07-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Asymmetric cyclic depositon and etch process for epitaxial formation mechanisms of source and drain regions
US20150140838A1 (en) 2013-11-19 2015-05-21 Intermolecular Inc. Two Step Deposition of High-k Gate Dielectric Materials
JP6539568B2 (ja) 2015-11-04 2019-07-03 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005515425A (ja) * 2001-12-26 2005-05-26 ボルテック インダストリーズ リミテッド 温度測定および熱処理方法およびシステム
JP2012509575A (ja) * 2008-11-19 2012-04-19 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 基板処理のための高温測定法

Also Published As

Publication number Publication date
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