CN216120258U - 夹持机构以及具有其的暂存装置和晶圆盒开盒系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了夹持机构以及具有其的暂存装置和晶圆盒开盒系统，其中用于夹持晶圆盒顶端的连接头的夹持机构，其特征在于，包括：安装座；设置于安装座上的顶爪；至少两相对设置的下爪，下爪沿顶爪周向设置；以及，设置于安装座上的驱动件，驱动件用于驱动至少两相对设置的下爪向顶爪的中心方向移动，以将连接头夹持于下爪和顶爪之间。本实用新型的夹持机构通过顶爪和下爪的配合实现对连接头的稳定夹持，进而夹持晶圆盒；进一步地，通过在下爪设置倾斜抵靠面，实现对连接头渐进的夹紧，避免直接卡入连接头底部，造成连接头损害。

Description

夹持机构以及具有其的暂存装置和晶圆盒开盒系统
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种夹持机构以及具有其的暂存装置和晶圆盒开盒系统。
背景技术
在半导体行业内，由于昂贵的净房造价和维护费用，每个工艺设备都配置了有限的晶圆盒开关器。因此在将晶圆搬进搬出工艺设备的同时，承载晶圆的晶圆盒的上料和下料所花费的时间，也是响应工艺设备产能的重要因素之一。无论是依靠自动化机构，或者是靠人工搬运，如何快速将晶圆已经进入工艺设备的晶圆盒(下文中简称空盒)移开，再将装满晶圆的晶圆盒(下文中简称满盒)放置在晶圆盒开关器上，进行不停的转换，也是增加设备产能的一个重要课题。如果是靠自动化搬运，按照上述的流程必须是机器人手臂先将空盒取走，安置妥当后，再从另外一个存储位将满盒取出放置在晶圆盒开关器上，完成一个转换流程(如果是从工艺设备取出晶圆，那么晶圆盒转换流程也是和上述类似的相反流程)。晶圆盒的转换流程需要花费相当的时间，而工艺设备内的晶圆上下料机械臂臂只能够在等待区内待机，直接影响了整个工艺设备的产量效率。
在12寸晶圆技术领域里，高产能工艺设备大多采用自备的晶圆盒存储设备来缩短晶圆盒转换所需要花费的时间。尽管如此，晶圆盒机械臂臂还是需要一定的时间完成晶圆盒转换的流程。也有采用双夹头机器人手臂，加快晶圆盒转换流程，但是双夹头机器人手臂占用了太大的昂贵的净房空间。
因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。
实用新型内容
本实用新型旨在提供夹持机构以及具有其的暂存装置和晶圆盒开盒系统，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：
一种夹持机构，用于夹持晶圆盒顶端的连接头，包括：
安装座；
设置于所述安装座上的顶爪；
至少两相对设置的下爪，所述下爪沿所述顶爪周向设置；以及，
设置于所述安装座上的驱动件，所述驱动件用于驱动至少两相对设置的所述下爪向所述顶爪的中心方向移动，以将连接头夹持于所述下爪和所述顶爪之间。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述下爪包括用于与所述连接头的底面相抵靠的抵靠面，所述抵靠面为倾斜面，且其向靠近所述顶爪中心的方向逐渐降低。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述驱动件为滑轨型平行机械爪，所述驱动件的两滑块分别连接两相对设置的所述下爪。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述下爪和/或所述顶爪上设置有与所述连接头的凹口相适配的触压式传感器。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述触压式传感器设置于所述顶爪朝向所述连接头的一端，所述触压式传感器凸出所述顶爪表面的距离为a，所述抵靠面的高度为b，并且a＝b。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述触压式传感器设置于所述下爪的内侧，并位于所述抵靠面的上方，以朝向所述连接头的凹口。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述下爪和/或所述顶爪上开设有用于容纳所述触压式传感器的凹槽。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述凹槽尺寸大于所述触压式传感器的尺寸，以供所述触压式传感器在所述凹槽内调整方位。
另一个技术方案是：
一种暂存装置，用于将位于装载台上的晶圆盒提升至暂存位置，包括：
以上任一所述的夹持机构；和，
升降机构，所述升降机构用于带动所述夹持机构在所述装载台和所述暂存位置间移动。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述升降机构包括垂直设置的导轨，所述夹持机构沿所述导轨升降。
另一个技术方案是：
一种晶圆盒开盒系统，包括：
晶圆盒开关器，所述晶圆盒开关器包括装载台和开盒机构，所述装载台用于承载晶圆盒，所述开盒机构设置于所述装载台的侧边，并用于开闭所述晶圆盒；和，
暂存装置，所述暂存装置靠近所述装载台设置，并用于将位于所述装载台上的所述晶圆盒提升至暂存位置。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述装载台上设置有承载板以及驱动机构，所述承载板用于承载所述晶圆盒，所述驱动机构用于驱动所述承载板位于开盒位置以靠近所述开盒机构，或位于避让位置以远离所述开盒机构。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述夹持机构位于所述避让位置的正上方。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述承载板开设有避让槽一，所述避让槽一由所述承载板背离所述开盒机构的一侧向内延伸，且所述避让槽一贯穿所述承载板的厚度方向。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述开盒机构朝向所述装载台的一侧设置有锁紧组件，所述锁紧组件与所述承载板相对设置，所述锁紧组件包括至少一个可旋转抵靠件，所述抵靠件与所述晶圆盒相适配，以在所述晶圆盒位于所述开盒位置时，旋转抵靠在所述晶圆盒开口侧凸出边缘上。
本实用新型的一个较佳实施例中，还包括：
多个存储板；
晶圆盒转移机械臂，所述晶圆盒转移机械臂用于将位于所述暂存装置上的所述晶圆盒转移至所述存储板上。
本实用新型的一个较佳实施例中，所述存储板开设有避让槽二，所述避让槽二由所述存储板的自由侧向内延伸，且所述避让槽二贯穿所述存储板的厚度方向。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型的夹持机构通过顶爪和下爪的配合实现对连接头的稳定夹持，进而夹持晶圆盒；进一步地，通过在下爪设置倾斜抵靠面，实现对连接头渐进的夹紧，避免直接卡入连接头底部，造成连接头损害。
(2)本实用新型的晶圆盒开盒系统通过设置暂存装置与晶圆盒开关器进行配合，利用暂存装置提升位于晶圆盒开关器上的空盒或满盒，缩短了晶圆盒开关器的闲置时间，从而加快了晶圆盒转换流程。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的前开式晶圆传送盒的立体示意图；
图2为现有技术中的前开式晶圆传送盒的另一角度立体示意图；
图3为现有技术中的前开式晶圆传送盒的俯视示意图；
图4为本实用新型的晶圆盒开盒系统在使用状态下的立体示意图；
图5为本实用新型的晶圆盒开盒系统在使用状态下的另一角度立体示意图；
图6为本实用新型中的装载台和开盒机构的立体示意图；
图7为图6中的部分俯视示意图；
图8为本实用新型中的夹持机构的立体示意图；
图9为图8的部分正视示意图；
图10为图8的部分仰视示意图；
图11为本实用新型中的驱动件立体示意图；
图12为本实用新型中的下爪立体示意图；
图13为本实用新型中的顶爪立体示意图；
图14为本实用新型中的夹持机构在使用状态的示意图；
图15为本实用新型中的存储板的俯视示意图。
具体地，3、晶圆盒；31、盒盖；32、锁孔；33、凸出边缘；34、连接头；35、凹口；
300、装载台；310、承载板；311、避让槽一；312、定位销；320、安装背板；330、开盒板；331、开锁组件；332、吸附组件；340、抵靠件；
400、存储板；410、避让槽二；
900、暂存装置；910、夹持机构；911、安装座；912、顶爪；913、下爪；9131、抵靠面；914、驱动件；9141、滑块；915、触压式传感器；9151、凹槽；920、升降机构；921、导轨。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1至图3所示，为目前常用的晶圆盒3，即前开式晶圆传送盒(Front OpeningUnified Pod，FOUP)。晶圆盒3的顶端设置有连接头34，盒盖31设置有两锁孔32，开口边缘以及底边设置有凸出边缘33。
如图8和图14所示，一种用于夹持晶圆盒3顶端的连接头34的夹持机构910，包括安装座911、顶爪912和下爪913，从而通过顶爪912和下爪913的配合实现对连接头34的稳定夹持，进而夹持晶圆盒3。
具体地，顶爪912设置于安装座911上，并朝向下方以抵靠连接头34顶面。下爪913沿顶爪912周向设置，并且相对设置至少两个下爪913，以稳定夹持连接头34的相对两侧。安装座911上还设置有驱动件914，驱动件914用于驱动至少两相对设置的下爪913向顶爪912的中心方向移动，以将连接头34夹持于下爪913和顶爪912之间。
如图9和图12所示，下爪913包括用于与连接头34的底面相抵靠的抵靠面9131。抵靠面9131为倾斜面，且其向靠近顶爪912中心的方向逐渐降低，即抵靠面9131靠近顶爪912的一侧低于其远离顶爪912的一侧，通过该设置，使得下爪913在向顶爪912移动的过程中，连接头34被抵靠面9131逐渐抬升直至抵靠顶爪912，实现对连接头34渐进的夹紧，避免直接卡入连接头34底部，造成连接头34损害，同时也确保连接头34被紧密夹持在顶爪912和下爪913之间，避免连接头34和顶爪912之间有间隙。
优选地，抵靠面9131距离顶爪912所在平面的最小距离与连接头34的厚度相适配，以使得连接头34接触下爪913的侧壁。
如图11所示，优选地，驱动件914为滑轨型平行机械爪，驱动件914的两滑块9141分别连接两相对设置的下爪913。滑轨型平行机械爪的体积小，且自带线性导向，移动方向精准，同时，其两侧活塞为同步动作，夹持力大于其他相同缸径的机械夹。滑轨型平行机械爪内还含感应磁石，可方便设置感应器进行精准控制。
如图9和图10所示，优选地，下爪913和/或顶爪912上设置有与连接头34的凹口35相适配的触压式传感器915，以判断是否夹紧连接头34。本实施例中，夹紧机构设置有两个相对设置的下爪913，并且共设置有四个触压式传感器915以与连接头34的四个凹口35一一对应。四个触压式传感器915中的两个分别设置于两个下爪913上，另外两个分别设置于顶爪912的两端。
顶爪912上的触压式传感器915设置于顶爪912朝向连接头34的一端，触压式传感器915凸出顶爪912表面的距离为a，以嵌入凹口35，并与其内壁接触。进一步地，抵靠面9131的高度为b，并且a＝b，从而使得连接头34接触顶爪912表面的同时，触压式传感器915嵌入凹口35内并触发。
如图12所示，下爪913上的触压式传感器915设置于下爪913的内侧，并位于抵靠面9131的上方，以朝向连接头34的凹口35。同时，触压式传感器915的触发端与抵靠面9131的高侧位于同一水平面，从而使得连接头34被紧密夹持在顶爪912和下爪913时，同时触发四个触压式传感器915。
优选地，下爪913和/或顶爪912上开设有用于容纳触压式传感器915的凹槽9151，从而便于下爪913表面、顶爪912表面接触连接头34表面，通过下爪913和顶爪912紧密夹持连接头34，避免触压式传感器915被过度挤压，造成损坏。进一步地，凹槽9151尺寸大于触压式传感器915的尺寸，以供触压式传感器915在凹槽9151内调整方位，从而适应不同尺寸的连接头34。
优选地，本夹持机构910还包括设置于安装座911外侧的外罩板，从而将内部部件全部罩住，防止驱动件914来回移动产生的颗粒污染外泄。
本实用新型还提供了一种暂存装置900，用于将位于装载台300上的晶圆盒3提升至暂存位置，包括以上夹持机构910和升降机构920，升降机构920用于带动夹持机构910在装载台300和暂存位置间移动。
进一步地，升降机构920包括垂直设置的导轨921，夹持机构910沿导轨921升降，从而使得夹持机构910可以设置在装载台300的正上方，以提高空间利用率。
升降机构920的一侧设置有配重，以实现对晶圆盒3的稳定升降。进一步地，升降机构920的定位精度不小于0.01mm。
本实用新型还提供了一种晶圆盒开盒系统。如图4和图5所示，本晶圆盒开盒系统包括晶圆盒开关器和以上的暂存装置900，利用暂存装置900提升位于晶圆盒开关器上的空盒或满盒，缩短了晶圆盒开关器的闲置时间，从而加快了晶圆盒3转换流程。
具体地，如图6和图7所示，晶圆盒开关器包括装载台300和开盒机构，装载台300用于承载晶圆盒3，开盒机构设置于装载台300的侧边，并用于开闭晶圆盒3。
装载台300上设置有承载板310以及驱动机构。
承载板310用于承载晶圆盒3，一般情况下，晶圆盒3通过晶圆盒转移机械臂转移至承载板310上。优选地，承载板310开设有避让槽一311。避让槽一311由承载板310背离开盒机构的一侧向内延伸，且避让槽一311贯穿承载板310的厚度方向，即避让槽一311开口背离开盒机构，并朝向晶圆盒转移机械臂，以供晶圆盒转移机械臂托举晶圆盒3并将晶圆盒3放置于承载板310上。本实施例中，承载板310设置为U型板，U型板的两臂内部形成避让槽一311，当然也可以采用其他形状的板材，满足以上需求即可。
承载板310上设置有与晶圆盒3底部定位槽相适配的定位销312，以防止置于其上的晶圆盒3水平移动。
承载板310上还可以设置有传感器，以完成对承载板310或晶圆盒3的位置或状态检测，例如晶圆盒3是否放置检测、承载板310是否移动到指定位置检测等等。
驱动机构用于驱动承载板310位于开盒位置以靠近开盒机构，或位于避让位置以远离开盒机构。也即驱动机构被配置为带动承载板310靠近或远离开盒机构以使得晶圆盒3在设定状态下与开盒机构对接实现开关门操作。本实施例中，驱动机构设置于承载板310的下方的壳体内，该壳体具有与承载板310相似的形状，以避让晶圆盒转移机械臂。
本实施例中，装载台300和开盒机构之间设置有安装背板320，安装背板320上开设有开口，以使得晶圆转移机械臂能够伸入晶圆盒3取放晶圆，开盒机构设置在安装背板320上，并通过开盒机构打开位于承载板310上的晶圆盒3盒盖31。开盒机构还可以包括mapping传感器以及mapping驱动组件，开盒后mapping驱动组件驱动mapping传感器进入晶圆盒3内并沿垂直方向扫描其内部的晶圆，以检测内部晶圆情况。
开盒机构根据晶圆盒3类型选择，以能够顺利打开晶圆盒3，使其内部晶圆暴露。一般而言，开盒机构具体包括开盒板330、开锁组件331、吸附组件332以及驱动组件。开盒板330与安装背板320的开口相匹配以覆盖开口，开锁组件331和吸附组件332设置在开盒板330朝向开口的一侧面实现晶圆盒3的开门操作，吸附组件332吸附晶圆盒3盒盖31，开锁组件331与晶圆盒3盒盖31上的锁孔32配合进行开锁，开锁完成后在驱动组件的驱动下开盒板330带动晶圆盒3盒盖31向背离晶圆盒3的方向移动一距离再下移。可以理解的是，关盒流程与开盒流程相反操作即可。
开盒机构朝向装载台300的一侧设置优选有锁紧组件，锁紧组件与承载板310相对设置，以通过两者配合限制晶圆盒3在垂直方向移动，同时也避免开盒机构作业时，承载板310误向后移动，造成晶圆盒3远离开盒机构。具体地，如图6所示，锁紧组件包括至少一个可旋转抵靠件340，抵靠件340与晶圆盒3相适配，以在晶圆盒3位于开盒位置时，旋转抵靠在晶圆盒3开口侧凸出边缘33上。
本系统内的暂存装置900靠近装载台300设置，并用于将位于装载台300上的晶圆盒3提升至暂存位置。优选地，夹持机构910位于避让位置的正上方，从而便于快速提升晶圆盒3。
本系统还可以包括多个存储板400和晶圆盒转移机械臂。通过晶圆盒转移机械臂用于将位于暂存装置900上的晶圆盒转移至存储板400上。
如图15所示，优选地，存储板400开设有避让槽二410，避让槽二410由存储板400的自由侧向内延伸，且避让槽二410贯穿存储板400的厚度方向，从而便于晶圆盒转移机械臂从下方托举晶圆盒3进行转移作业。同样地，存储板400上设置有与晶圆盒3底部定位槽相适配的定位销312，以防止晶圆盒3水平移动。
本系统上料时，当工艺设备晶圆转移机械臂将晶圆移出晶圆盒3并继续将晶圆搬入工艺设备的同时，承载板310由开盒位置退至避让位置，暂存装置900通过夹取晶圆盒3上方连接头34将空盒垂直提起，让出承载板310，允许等待中，带有满盒的晶圆盒转移机械臂立刻将满盒放置在承载板310上，承载板310移至开盒位置，在开盒机构进行开盒和晶圆转移机械臂进行晶圆移转动作的同时，晶圆盒转移机械臂可以将装载台300上方的空盒，从暂存装置900取回，放置回空盒存储工位。也即本系统允许在工艺设备转移晶圆的同时，晶圆盒转移机械臂同步先将满盒从存储位移动至承载板310等待，先放满盒再取空盒，有效的缩短了晶圆盒3上下料的时间。可以理解的是，下料时，该暂存装置900是对满盒进行暂时存储。
综上所述，本实用新型的夹持机构通过顶爪和下爪的配合实现对连接头的稳定夹持，进而夹持晶圆盒。本实用新型的晶圆盒开盒系统通过设置暂存装置与晶圆盒开关器进行配合，利用暂存装置提升位于晶圆盒开关器上的空盒或满盒，缩短了晶圆盒开关器的闲置时间，从而加快了晶圆盒转换流程。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (16)

1.一种夹持机构，用于夹持晶圆盒顶端的连接头，其特征在于，包括：
安装座；
设置于所述安装座上的顶爪；
至少两相对设置的下爪，所述下爪沿所述顶爪周向设置；以及，
设置于所述安装座上的驱动件，所述驱动件用于驱动至少两相对设置的所述下爪向所述顶爪的中心方向移动，以将连接头夹持于所述下爪和所述顶爪之间。
2.根据权利要求1所述的夹持机构，其特征在于，所述下爪包括用于与所述连接头的底面相抵靠的抵靠面，所述抵靠面为倾斜面，且其向靠近所述顶爪中心的方向逐渐降低。
3.根据权利要求1所述的夹持机构，其特征在于，所述驱动件为滑轨型平行机械爪，所述驱动件的两滑块分别连接两相对设置的所述下爪。
4.根据权利要求2所述的夹持机构，其特征在于，所述下爪和/或所述顶爪上设置有与所述连接头的凹口相适配的触压式传感器。
5.根据权利要求4所述的夹持机构，其特征在于，所述触压式传感器设置于所述下爪的内侧，并位于所述抵靠面的上方，以朝向所述连接头的凹口。
6.根据权利要求4所述的夹持机构，其特征在于，所述下爪和/或所述顶爪上开设有用于容纳所述触压式传感器的凹槽。
7.根据权利要求6所述的夹持机构，其特征在于，所述凹槽尺寸大于所述触压式传感器的尺寸，以供所述触压式传感器在所述凹槽内调整方位。
8.一种暂存装置，用于将位于装载台上的晶圆盒提升至暂存位置，其特征在于，包括：
如权利要求1-7任一所述的夹持机构；和，
升降机构，所述升降机构用于带动所述夹持机构在所述装载台和所述暂存位置间移动。
9.根据权利要求8所述暂存装置，其特征在于，所述升降机构包括垂直设置的导轨，所述夹持机构沿所述导轨升降。
10.一种晶圆盒开盒系统，其特征在于，包括：
晶圆盒开关器，所述晶圆盒开关器包括装载台和开盒机构，所述装载台用于承载晶圆盒，所述开盒机构设置于所述装载台的侧边，并用于开闭所述晶圆盒；和，
如权利要求8所述暂存装置，所述暂存装置靠近所述装载台设置，并用于将位于所述装载台上的所述晶圆盒提升至暂存位置。
11.根据权利要求10所述的晶圆盒开盒系统，其特征在于，所述装载台上设置有承载板以及驱动机构，所述承载板用于承载所述晶圆盒，所述驱动机构用于驱动所述承载板位于开盒位置以靠近所述开盒机构，或位于避让位置以远离所述开盒机构。
12.根据权利要求11所述的晶圆盒开盒系统，其特征在于，所述夹持机构位于所述避让位置的正上方。
13.根据权利要求11所述的晶圆盒开盒系统，其特征在于，所述承载板开设有避让槽一，所述避让槽一由所述承载板背离所述开盒机构的一侧向内延伸，且所述避让槽一贯穿所述承载板的厚度方向。
14.根据权利要求11所述的晶圆盒开盒系统，其特征在于，所述开盒机构朝向所述装载台的一侧设置有锁紧组件，所述锁紧组件与所述承载板相对设置，所述锁紧组件包括至少一个可旋转抵靠件，所述抵靠件与所述晶圆盒相适配，以在所述晶圆盒位于所述开盒位置时，旋转抵靠在所述晶圆盒开口侧凸出边缘上。
15.根据权利要求10所述的晶圆盒开盒系统，其特征在于，还包括：
多个存储板；
晶圆盒转移机械臂，所述晶圆盒转移机械臂用于将位于所述暂存装置上的所述晶圆盒转移至所述存储板上。
16.根据权利要求15所述的晶圆盒开盒系统，其特征在于，所述存储板开设有避让槽二，所述避让槽二由所述存储板的自由侧向内延伸，且所述避让槽二贯穿所述存储板的厚度方向。
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