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QUERVERWEIS AUF EINEN VERWANDTEN ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht eine Priorität der chinesischen Patentanmeldung Nr.
202010795735.3 , die am 10. August 2020 in China eingereicht wurde und durch Bezugnahme in vollem Umfang in dieses Dokument aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Herstellung eines Blocks, insbesondere auf eine Montagehülse einer Einkristall-Ziehvorrichtung und die Einkristall-Ziehvorrichtung.
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HINTERGRUND
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Mit der Entwicklung des Herstellungsprozesses in der mikroelektronischen Industrie werden hohe Anforderungen an die Qualität eines Siliziumwafers gestellt, so dass es notwendig ist, Kristalldefekte in einem Block (d. h. einem Barren, Ingot oder Strang) zu kontrollieren. Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Kristalldefekten in einem Block. Der eine bezieht sich auf Defekte, die durch übersättigte interstitielle Aggregation verursacht werden, und die Gate-Oxid-Integrität (GOI) eines Metalloxid-Halbleiterelements (MOS) wird durch diese Art von Defekt nicht beeinträchtigt. Die andere Art von Defekten bezieht sich auf Defekte, die durch Leerstellenaggregation verursacht werden, und diese Art von Wachstumsdefekt beeinträchtigt die Produktausbeute im Zusammenhang mit der GOI. Zu den häufigen Leerstellen-Defekten gehören Crystal Originated Particles (COPs oder kristallhervorgerufene Partikel), Flow Pattern Defects (FPDs oder Flußmusterdefekte) und Laser Scattering Tomography Defects (LSTDs oder Laserstreutomogrphiedefekte). Die Entstehung dieser Defekte ist mit einem axialen Temperaturgradienten G des Barrens verbunden, und der axiale Temperaturgradient G wird entsprechend dem Design einer Hot-Zone (Heiß-Zone) variiert.
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In der Hot-Zone ist das Design eines Hitzeschildes von entscheidender Bedeutung und beeinflusst direkt den axialen Temperaturgradienten G des Barrens sowie eine Differenz ΔG zwischen einem axialen Temperaturgradienten an einem Rand des Barrens und einem axialen Temperaturgradienten in der Mitte des Barrens und beeinflusst dadurch die Art und Verteilung der Defekte im Barren. Beim Ziehen von Kristallen wird aufgrund der Beschränkung des Hitzeschilds im Stand der Technik eine große Wärmemenge an der Schmelzoberfläche auf die Oberfläche des Blocks übertragen, was zu einer Abnahme des axialen Temperaturgradienten am Rand des Blocks führt. Dabei ist der axiale Temperaturunterschied in der Mitte des Blocks im Wesentlichen unverändert geblieben, so dass die ΔG erhöht ist. Nach der V/G-Theorie sammeln sich zu diesem Zeitpunkt die Leerstellen und wachsen, so dass der Bereich, in dem der Block ohne Defekte wächst, abnimmt, d. h. er ist für das defektfreie Wachstum des Blocks ungünstig.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In Anbetracht der obigen Ausführungen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, eine Montagehülse für eine Einkristall-Ziehvorrichtung und die Einkristall-Ziehvorrichtung bereitzustellen, um Probleme in der verwandten Technik zu lösen, bei denen die Art und Verteilung der Defekte im Block und damit das defektfreie Wachstum des Blocks nachteilig beeinflusst werden, da die Konstruktion des Hitzeschilds ungeeignet ist.
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Um das oben beschriebene Problem zu lösen, bietet die vorliegende Offenbarung die folgenden technischen Lösungen.
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In einem Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung in einigen Ausführungsformen eine Montagehülse für eine Einkristall-Ziehvorrichtung vor, die einen Innenzylinder, einen Außenzylinder und einen Bodenzylinder umfasst. Der Außenzylinder ist mit Öffnungen an beiden Enden des Außenzylinders versehen und auf den Innenzylinder aufgeschoben. Der Bodenzylinder ist an der Öffnung an einem unteren Ende des Außenzylinders angeordnet und umfasst eine ringförmige Platte und einen unteren Zylinder. Sowohl der Innenzylinder als auch der untere Zylinder haben die Form eines umgekehrten Kegels, ein oberes Ende des Innenzylinders ist mit einem oberen Ende des Außenzylinders verbunden, ein äußerer Rand der ringförmigen Platte ist hermetisch mit dem unteren Ende des äußeren Zylinders verbunden, ein innerer Rand der ringförmigen Platte ist mit einem oberen Ende des unteren Zylinders verbunden, und ein unteres Ende des Innenzylinders ist fest mit einer oberen Fläche der ringförmigen Platte verbunden.
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In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind sowohl der Innenzylinder als auch der Außenzylinder aus Graphit gefertigt.
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In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind sowohl die ringförmige Platte als auch der untere Zylinder aus Molybdän gefertigt.
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In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind ein erster Füllstoff und ein zweiter Füllstoff in einer durch den Innenzylinder, den Außenzylinder und die ringförmige Platte definierten Kammer vorgesehen, wobei der erste Füllstoff über dem zweiten Füllstoff angeordnet ist, der erste Füllstoff aus einem wärmeleitenden Material besteht und der zweite Füllstoff aus einem wärmeisolierenden Material besteht.
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In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die ringförmige Platte einstückig mit dem unteren Zylinder ausgebildet.
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In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein erstes Gewinde an der Außenkante der ringförmigen Platte ausgebildet, ein zweites Gewinde ist am unteren Ende des Außenzylinders ausgebildet, und die ringförmige Platte ist durch das erste Gewinde und das zweite Gewinde mit dem Außenzylinder in Schraubverbindung.
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In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Bodenfläche der ringförmigen Platte eine kreisförmige konische Fläche.
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In einem anderen Aspekt bietet die vorliegende Offenbarung in einigen Ausführungsformen eine Einkristall-Ziehvorrichtung, die die oben erwähnte Montagehülse enthält.
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Die vorliegende Offenlegung hat die folgenden vorteilhaften Auswirkungen.
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Gemäß der Montagehülse in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist sie in der Lage, einen Übergang zwischen Festkörper-, Flüssigkeits- und Gas-Phasen an der Oberfläche der Siliziumschmelze an einer bestimmten Position zu halten und ein stabiles Temperaturfeld aufrechtzuerhalten, wodurch das defektfreie Wachstum eines Blocks erleichtert wird. Nachdem die Oberfläche der Siliziumschmelze ein vorbestimmtes Niveau überschritten hat, ist es außerdem in der Lage, die Abkühlung des Blocks zu beschleunigen und dem Block zu helfen, schnell einen Temperaturbereich zu durchlaufen, in dem der Defekt entsteht und wächst, um so schließlich einen qualitativ hochwertigen Block zu erhalten.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht einer Montagehülse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine schematische Darstellung eines Bodenzylinders gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 3 ist eine schematische Darstellung eines Außenzylinders gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 4 ist eine schematische Darstellung eines Innenzylinders gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
- 5 ist eine schematische Darstellung der Verwendung der Montagehülse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Um die Aufgaben, die technischen Lösungen und die Vorteile der vorliegenden Offenbarung deutlicher zu machen, wird die vorliegende Offenbarung nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen und Ausführungsformen in klarer Weise beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass sich die folgenden Ausführungsformen nur auf einen Teil und nicht auf alle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen, und auf der Grundlage dieser Ausführungsformen kann ein Durchschnittsfachmann ohne kreativen Aufwand die anderen Ausführungsformen erhalten, die ebenfalls in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
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1 ist eine schematische Ansicht, die eine Montagehülse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, 2 ist eine schematische Ansicht, die einen Bodenzylinder gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, 3 ist eine schematische Ansicht, die einen äußeren Zylinder (auch als Außenzylinder bezeichnet) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, und 4 ist eine schematische Ansicht, die einen inneren Zylinder (auch als Innenzylinder bezeichnet) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Wie in den 1 bis 4 gezeigt, umfasst die Montagehülse den Bodenzylinder 1, den äußeren Zylinder 2 und den inneren Zylinder 3. Der äußere Zylinder 2 ist hohl, an zwei Enden mit Öffnungen versehen und auf den inneren Zylinder 3 aufgeschoben. Der Bodenzylinder 1 ist an der Öffnung an einem unteren Ende des Außenzylinders angeordnet. Der Bodenzylinder 1 umfasst insbesondere eine ringförmige Platte 11 und einen unteren Zylinder 12. Sowohl der innere Zylinder 3 als auch der untere Zylinder 12 haben die Form eines umgekehrten Kegels und sind an beiden Enden mit Öffnungen versehen. Ein oberes Ende des inneren Zylinders 3 ist mit einem oberen Ende des äußeren Zylinders 2 verbunden, und die Größe der Öffnung am oberen Ende des inneren Zylinders 3 ist etwas kleiner als die Größe der Öffnung am oberen Ende des äußeren Zylinders 2, so dass der innere Zylinder 3 innerhalb des äußeren Zylinders 2 angeordnet ist. Das obere Ende des inneren Zylinders 3 liegt auf dem oberen Ende des äußeren Zylinders 2 auf oder ist über einen Bolzen oder eine Schraube fest mit diesem verbunden, d.h. eine bestimmte Verbindungsart wird hier nicht näher definiert. Eine Außenkante (d.h. ein Umfang) der ringförmigen Platte 11 ist hermetisch mit dem unteren Ende des äußeren Zylinders 2 verbunden, eine Innenkante der ringförmigen Platte 11 ist mit einem oberen Ende des unteren Zylinders 12 verbunden, und ein unteres Ende des inneren Zylinders 3 ist fest mit einer oberen Fläche der ringförmigen Platte 11 verbunden. Da der innere Zylinder 3 die Form eines umgekehrten Kegels aufweist, befindet sich ein Kontaktpunkt zwischen dem unteren Ende des inneren Zylinders 3 und der oberen Fläche der ringförmigen Platte 11 in der Nähe der inneren Kante der ringförmigen Platte 11.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist ein erstes Gewinde an der Außenkante der ringförmigen Platte 11 ausgebildet, ein zweites Gewinde ist am unteren Ende des Außenzylinders 2 ausgebildet, und die ringförmige Platte 11 ist durch das erste Gewinde und das zweite Gewinde mit dem Außenzylinder 2 verschraubt, um so das Lösen des Bodenzylinders 1 vom Außenzylinder 2 zu erleichtern. Darüber hinaus ist sie in der Lage, eine feste Verbindung zwischen dem Bodenzylinder 1 und dem äußeren Zylinder 2 zu erreichen und dadurch zu verhindern, dass die Verbindung durch das Einblasen eines Inertgases gelöst wird.
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5 ist eine schematische Ansicht, die die Verwendung der Montagehülse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Wie in 5 gezeigt, ist die Montagehülse im Gebrauch über der Siliziumschmelze angeordnet. Ein Gasströmungskanal wird durch den inneren Zylinder 3 und den unteren Zylinder 12 der Montagehülse definiert, und das Inertgas wird durch den inneren Zylinder 3 und den unteren Zylinder 12 zu einer Oberfläche der Siliziumschmelze 8 geleitet. Bei einem Verfahren zum Ziehen eines Keims für das Wachstum eines Blocks 5 wird der Block 5 durch das Inertgas schnell abgekühlt. In den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung besteht der Bodenzylinder 1 aus einem reflektierenden Wärmeisolationsmaterial, insbesondere aus Molybdän. Durch die oben beschriebene Konstruktion ist es möglich, das Innere des unteren Zylinders 12 des Bodenzylinders 1 wärmeisoliert zu halten, einen Übergang zwischen der Festkörper-, Flüssigkeits- und Gas-Phase der Siliziumschmelze 8 an einer bestimmten Position zu halten und ein stabiles Temperaturfeld aufrechtzuerhalten. Da der untere Zylinder 12 die Form eines umgekehrten Kegels aufweist, ist er außerdem in der Lage, eine Differenz ΔG zwischen einem axialen Temperaturgradienten an einer Kante des Blocks 5 und einem axialen Temperaturgradienten in der Mitte des Barrens 5 zu steuern und die Differenz ΔG auf einen idealen Wert zu bringen, wodurch das fehlerfreie Wachstum des Blocks 5 erleichtert wird. Der Bodenzylinder 1 aus Molybdän ist in der Lage, die Wärme von einer flüssigen Oberfläche effektiv zu reflektieren, so dass er ein stabiles Temperaturfeld an der Oberfläche und in der Nähe der Siliziumschmelze 8 aufrechterhalten kann. In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Bodenfläche der ringförmigen Platte 11 des Bodenzylinders 1 eine kreisförmige konische Fläche. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen der Bodenfläche der ringförmigen Platte 11 und der Oberfläche der Siliziumschmelze 8 nimmt von der Außenkante zur Innenkante hin allmählich zu, so dass die ringförmige Platte 11 die Wärme von der Schmelzenoberfläche zu einem Übergang zwischen der Festkörper-Phase, d. h. dem Block 5, und der Flüssigkeits-Phase, d. h. der Siliziumschmelze 8, reflektieren kann, wodurch eine stabile Temperatur gewährleistet wird. Durch den unteren Zylinder 12 des Bodenzylinders ist es möglich, den Teil des Blocks 5, der durch den unteren Zylinder 12 hindurchgeht, in einem konstanten Temperaturbereich zu halten, ein stabiles Temperaturfeld an einer entsprechenden Position des Bodenzylinders 1 zu bilden und einen konstanten axialen Temperaturgradienten G des Blocks 5 aufrechtzuerhalten, wodurch das fehlerfreie Wachstum des Blocks 5 an der Höhenposition erleichtert wird.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind sowohl der innere Zylinder 3 als auch der äußere Zylinder 2 aus einem wärmeleitenden Material, insbesondere Graphit, hergestellt. Wenn der Innenzylinder 3 und der Außenzylinder 2 aus dem wärmeleitenden Material bestehen, kann der Teil des Blocks 5 innerhalb des Innenzylinders 3 in der Höhenposition schnell gekühlt werden, d.h. die Wärme wird schnell von einem Teil des Barrens 5 innerhalb des Innenzylinders 3 durch den Innenzylinder 3 und den Außenzylinder 2 nach außen abgeleitet, und der Block 5 durchläuft schnell einen Temperaturbereich, in dem der Defekt entsteht und wächst, wodurch das Wachstum des Defekts in dem Block 5 wirksam unterdrückt wird.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist in einer Kammer, die durch den inneren Zylinder 3, den äußeren Zylinder 2 und die ringförmige Platte 11 gebildet wird, ein Füllstoff 4 vorgesehen. Der Füllstoff 4 umfasst einen ersten Füllstoff 41 und einen zweiten Füllstoff 42. Der erste Füllstoff 41 ist oberhalb des zweiten Füllstoffs 42 angeordnet und besteht aus einem wärmeleitenden Material. Der zweite Füllstoff 42 besteht aus einem wärmeisolierenden Material. Mit anderen Worten, die durch den inneren Zylinder 3, den äußeren Zylinder 2 und die ringförmige Platte 11 gebildete Kammer ist in zwei Teile geteilt. Der erste Füllstoff 41 wird in einen oberen Teil der Kammer gefüllt, in dem der Block 5 schnell abgekühlt werden muss. Dadurch kann der erste Füllstoff 41, der aus einem wärmeleitenden Material besteht und mit dem inneren Zylinder 3 und dem äußeren Zylinder 2 aus Graphit zusammenwirkt, die Wärme des Blocks 5 schnell nach außen leiten. Der zweite Füllstoff 42 wird in einem unteren Teil der Kammer gefüllt, wo der Block 5 auf einer konstanten Temperatur gehalten werden muss, so dass der zweite Füllstoff 42 aus dem wärmeisolierenden Material in der Lage ist, die Wärmeübertragung von unten nach oben und von innen nach außen zu blockieren und dadurch die Wärmeabgabe zu verringern.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die ringförmige Platte 11 einstückig mit dem unteren Zylinder 12 ausgebildet, um die Relativbewegung zwischen ihnen zu verhindern und dadurch die Position der Oberfläche der Siliziumschmelze 8 genau zu erfassen.
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Gemäß der Montagehülse in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist sie in der Lage, eine Verbindung zwischen Festkörper-, Flüssigkeits- und Gas-Phasen an der Oberfläche der Siliziumschmelze an einer bestimmten Position zu halten und ein stabiles Temperaturfeld aufrechtzuerhalten, wodurch das Wachstum eines Blocks ohne Defekt erleichtert wird. Darüber hinaus ist sie, nachdem sie die Oberfläche der Siliziumschmelze ein vorbestimmtes Niveau überschritten hat, in der Lage, die Abkühlung des Blocks zu beschleunigen und dem Block zu helfen, schnell einen Temperaturbereich zu durchlaufen, in dem der Defekt erzeugt wird und wächst, um dadurch schließlich den hochwertigen Block zu erhalten.
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Die vorliegende Offenbarung stellt ferner in einigen Ausführungsformen eine Einkristall-Ziehvorrichtung bereit, die die oben erwähnte Montagehülse aufweist. Gemäß der Montagehülse in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist sie in der Lage, einen Übergang zwischen Festkörper-, Flüssigkeits-, und Gas-Phasen an der Oberfläche der Siliziumschmelze an einer bestimmten Position aufrechtzuerhalten und ein stabiles Temperaturfeld aufrechtzuerhalten, um dadurch das defektfreie Wachstum eines Blocks zu erleichtern. Nachdem die Oberfläche der Siliziumschmelze ein vorbestimmtes Niveau überschritten hat, ist sie außerdem in der Lage, die Abkühlung des Blocks zu beschleunigen und dem Block zu helfen, schnell einen Temperaturbereich zu durchlaufen, in dem Defekte entstehen und wachsen, um so schließlich einen qualitativ hochwertigen Block zu erhalten. Daher hat die Einkristall-Ziehvorrichtung in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch die oben erwähnten vorteilhaften Effekte, die hier nicht besonders definiert werden.
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Wie in 5 gezeigt, umfasst die Einkristall-Ziehvorrichtung in einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Tiegelkomponente und die direkt über der Tiegelkomponente angeordnete Montagehülse. Die Tiegelkomponente umfasst einen Graphittiegel 6 und einen Quarztiegel 7, und die Siliziumschmelze 8 wird in dem Quarztiegel aufgenommen. Die Montagehülse ist von der Oberfläche der Siliziumschmelze 8 um einen bestimmten Abstand beabstandet, und die Größe der Öffnung am unteren Ende des unteren Zylinders 12 in der Montagehülse ist geringfügig größer als der Durchmesser des Blocks 5, so dass der Block 5 durch sie hindurchgehen kann.
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Während das Vorstehende nur einen Teil der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt, sollte es für Durchschnittsfachleute klar sein, dass verschiedene Verbesserungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Prinzip der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, und dass diese Verbesserungen und Modifikationen ebenfalls in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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