JP3206566B2 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents
熱処理装置及び熱処理方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はランプを用いた熱処
理装置及び熱処理方法に関し、特に半導体ウエハの熱処
理に使用して好適な熱処理装置及び熱処理方法に関す
る。
理装置及び熱処理方法に関し、特に半導体ウエハの熱処
理に使用して好適な熱処理装置及び熱処理方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】イオン注入後の結晶性回復やドーパント
活性化等のために、半導体ウエハの表面をハロゲンラン
プ等の赤外線ランプで急加熱し、その後急冷する熱処理
装置が使用されている。その一例を図３０で説明する
と、装置ハウジングＨ内には石英ガラスのチューブＨ１
が配設され、該チューブＨ１内には一端の小径開口より
半導体材料ガスが供給される。そして、チューブＨ１他
端の大径開口からは支持腕４２に支持されて被加熱材た
るウエハ２が装入されている。
活性化等のために、半導体ウエハの表面をハロゲンラン
プ等の赤外線ランプで急加熱し、その後急冷する熱処理
装置が使用されている。その一例を図３０で説明する
と、装置ハウジングＨ内には石英ガラスのチューブＨ１
が配設され、該チューブＨ１内には一端の小径開口より
半導体材料ガスが供給される。そして、チューブＨ１他
端の大径開口からは支持腕４２に支持されて被加熱材た
るウエハ２が装入されている。
【０００３】上記ハウジングＨ内には上記チューブＨ１
を挟んで上下位置に、チューブＨ１の長手方向へ等間隔
でハロゲンランプ１が設けてある。これらハロゲンラン
プ１は図３１に示す如く、反射板１５を備えた棒状のも
のが一般に使用されている。
を挟んで上下位置に、チューブＨ１の長手方向へ等間隔
でハロゲンランプ１が設けてある。これらハロゲンラン
プ１は図３１に示す如く、反射板１５を備えた棒状のも
のが一般に使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
熱処理装置でウエハ２を加熱した場合、ウエハ表面を検
査すると、図３２に示す如く、ウエハ板面を横切ってハ
ロゲンランプ１の長手方向（図の上下方向）へ比較的大
きな温度差（最大４０℃）が生じ、結晶のすべりや、歪
みによるウエハ２のそりが問題となる。
熱処理装置でウエハ２を加熱した場合、ウエハ表面を検
査すると、図３２に示す如く、ウエハ板面を横切ってハ
ロゲンランプ１の長手方向（図の上下方向）へ比較的大
きな温度差（最大４０℃）が生じ、結晶のすべりや、歪
みによるウエハ２のそりが問題となる。
【０００５】そこで、上下のランプ１を互いに直交方向
へ配設することが考えられ、これによると図３３に示す
如く、温度分布は略四角形の同心状となり、かつ温度差
も小さく（最大２０℃）はなるが、未だ十分ではない。
へ配設することが考えられ、これによると図３３に示す
如く、温度分布は略四角形の同心状となり、かつ温度差
も小さく（最大２０℃）はなるが、未だ十分ではない。
【０００６】本発明はかかる課題を解決するもので、ラ
ンプ加熱時に被加熱材に生じる温度分布を十分に小さく
することが可能な熱処理装置及び熱処理方法を提供する
ことを目的とする。
ンプ加熱時に被加熱材に生じる温度分布を十分に小さく
することが可能な熱処理装置及び熱処理方法を提供する
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項１または請求項６記載の発明は、板状
の被加熱材の少なくとも一方の面に複数の点状光源を対
向して配置し、前記複数の点状光源を略同心状の複数の
制御ゾーンに区分けし、前記制御ゾーン毎に前記複数の
点状光源の光照射量を設定することで前記被加熱材を加
熱する。この際、前記複数の制御ゾーンのうちの少なく
とも一つの制御ゾーンを、当該一つの制御ゾーンを構成
する前記複数の点状光源のうちの隣接する夫々の点状光
源の離間距離と前記点状光源の直径とを比較した場合
に、前記隣接する夫々の点状光源の離間距離の方が小さ
くなるように前記複数の点状光源を配置させるととも
に、前記被加熱材の周縁において前記被加熱材の中心に
対して点対称となる複数箇所に対向する位置に、前記被
加熱材の周縁に接する面であって当該被加熱材に垂直な
面にて横切られるように、前記点状光源を配置させて、
前記被加熱材を加熱することを特徴としている。
になされた請求項１または請求項６記載の発明は、板状
の被加熱材の少なくとも一方の面に複数の点状光源を対
向して配置し、前記複数の点状光源を略同心状の複数の
制御ゾーンに区分けし、前記制御ゾーン毎に前記複数の
点状光源の光照射量を設定することで前記被加熱材を加
熱する。この際、前記複数の制御ゾーンのうちの少なく
とも一つの制御ゾーンを、当該一つの制御ゾーンを構成
する前記複数の点状光源のうちの隣接する夫々の点状光
源の離間距離と前記点状光源の直径とを比較した場合
に、前記隣接する夫々の点状光源の離間距離の方が小さ
くなるように前記複数の点状光源を配置させるととも
に、前記被加熱材の周縁において前記被加熱材の中心に
対して点対称となる複数箇所に対向する位置に、前記被
加熱材の周縁に接する面であって当該被加熱材に垂直な
面にて横切られるように、前記点状光源を配置させて、
前記被加熱材を加熱することを特徴としている。
【０００８】請求項２または請求項７記載の発明は、請
求項１または請求項６記載の発明における前記一つの制
御ゾーンは前記被加熱材の周縁部に対向する制御ゾーン
を含むことを特徴としている。
求項１または請求項６記載の発明における前記一つの制
御ゾーンは前記被加熱材の周縁部に対向する制御ゾーン
を含むことを特徴としている。
【０００９】請求項３または請求項８記載の発明は、請
求項１、２、６または７記載の前記点状光源はフィラメ
ントを内包するガラス球を有し、当該ガラス球と前記隣
接する点状光源のガラス球との離間距離と、前記ガラス
球の直径とを比較した場合に、前記隣接する夫々のガラ
ス球の離間距離の方が小さくなるように前記複数のガラ
ス球を配置させることを特徴としている。
求項１、２、６または７記載の前記点状光源はフィラメ
ントを内包するガラス球を有し、当該ガラス球と前記隣
接する点状光源のガラス球との離間距離と、前記ガラス
球の直径とを比較した場合に、前記隣接する夫々のガラ
ス球の離間距離の方が小さくなるように前記複数のガラ
ス球を配置させることを特徴としている。
【００１０】請求項４または請求項９記載の発明は、請
求項１、２、６または７記載の前記点状光源をフィラメ
ントを内包するガラス球と、該ガラス球を包囲するとと
もに前記フィラメントからの光を反射する筒状反射部と
により構成させ、前記複数の制御ゾーンのうちの少なく
とも一つの制御ゾーン内において、特定の点状光源の筒
状反射部及び前記特定の点状光源に隣接する点状光源の
筒状反射部の離間距離と前記筒状反射部の内径とを比較
した場合に、前記離間距離の方が小さくなるように前記
筒状反射部を配置させることを特徴としている。
求項１、２、６または７記載の前記点状光源をフィラメ
ントを内包するガラス球と、該ガラス球を包囲するとと
もに前記フィラメントからの光を反射する筒状反射部と
により構成させ、前記複数の制御ゾーンのうちの少なく
とも一つの制御ゾーン内において、特定の点状光源の筒
状反射部及び前記特定の点状光源に隣接する点状光源の
筒状反射部の離間距離と前記筒状反射部の内径とを比較
した場合に、前記離間距離の方が小さくなるように前記
筒状反射部を配置させることを特徴としている。
【００１１】請求項５または請求項１０記載の発明によ
れば、板状の被加熱材の少なくとも一方の面に、光を反
射する筒状反射部に包囲された球状ランプを複数対向さ
せて配置し、前記複数の球状ランプを略同心状の複数の
制御ゾーンに区分けし、前記制御ゾーン毎に前記複数の
球状ランプの光照射量を設定することで前記被加熱材を
加熱する。この際、前記複数の制御ゾーンのうちの少な
くとも一つの制御ゾーン内において、特定の球状ランプ
の筒状反射部及び前記特定の球状ランプに隣接する球状
ランプの筒状反射部の離間距離と前記筒状反射部の内径
とを比較した場合に、前記離間距離の方が小さくなるよ
うに前記筒状反射部を配置させるとともに、前記被加熱
材の周縁において前記被加熱材の中心に対して点対称と
なる複数箇所に対向する位置に、前記被加熱材の周縁に
接する面であって当該被加熱材に垂直な面にてその内部
が横切られるように、前記筒状反射部を配置させて、前
記被加熱材を加熱することを特徴としている。
れば、板状の被加熱材の少なくとも一方の面に、光を反
射する筒状反射部に包囲された球状ランプを複数対向さ
せて配置し、前記複数の球状ランプを略同心状の複数の
制御ゾーンに区分けし、前記制御ゾーン毎に前記複数の
球状ランプの光照射量を設定することで前記被加熱材を
加熱する。この際、前記複数の制御ゾーンのうちの少な
くとも一つの制御ゾーン内において、特定の球状ランプ
の筒状反射部及び前記特定の球状ランプに隣接する球状
ランプの筒状反射部の離間距離と前記筒状反射部の内径
とを比較した場合に、前記離間距離の方が小さくなるよ
うに前記筒状反射部を配置させるとともに、前記被加熱
材の周縁において前記被加熱材の中心に対して点対称と
なる複数箇所に対向する位置に、前記被加熱材の周縁に
接する面であって当該被加熱材に垂直な面にてその内部
が横切られるように、前記筒状反射部を配置させて、前
記被加熱材を加熱することを特徴としている。
【００１２】
【作用及び発明の効果】上記構成の請求項１または請求
項６記載の発明によれば、制御ゾーン毎に複数の点状光
源の光照射量を設定して被加熱材を加熱することで被加
熱材の半径方向の温度が均一化できるだけでなく、少な
くとも一つの制御ゾーンを、当該一つの制御ゾーンを構
成する複数の点状光源のうちの隣接する夫々の点状光源
の離間距離（点状光源相互間のピッチをｌ（エル）、点
状光源の直径をｄとした場合、離間距離は（ｌ−ｄ）で
表される）と点状光源の直径とを比較した場合に、隣接
する夫々の点状光源の離間距離の方が小さくなるように
複数の点状光源を配置しているため、複数の点状光源を
制御ゾーン内の周方向において密に配置することがで
き、被加熱材の上記一つの制御ゾーンに対向する部分
（周方向）の照射が不均一になることを抑制できる。さ
らに被加熱材の周縁部（すなわち被加熱材からの放射エ
ネルギー密度が大となる部分）に対向させる点状光源
は、被加熱材中心に対して点対称となる被加熱材周縁の
複数箇所に対向するとともに、被加熱材の周縁に接し且
つ当該被加熱材に垂直な面にて横切られる点状光源を有
しており、被加熱材周縁部の周方向において被加熱材中
心に対して対称な複数位置に対して、充分に光照射する
ことができる。
項６記載の発明によれば、制御ゾーン毎に複数の点状光
源の光照射量を設定して被加熱材を加熱することで被加
熱材の半径方向の温度が均一化できるだけでなく、少な
くとも一つの制御ゾーンを、当該一つの制御ゾーンを構
成する複数の点状光源のうちの隣接する夫々の点状光源
の離間距離（点状光源相互間のピッチをｌ（エル）、点
状光源の直径をｄとした場合、離間距離は（ｌ−ｄ）で
表される）と点状光源の直径とを比較した場合に、隣接
する夫々の点状光源の離間距離の方が小さくなるように
複数の点状光源を配置しているため、複数の点状光源を
制御ゾーン内の周方向において密に配置することがで
き、被加熱材の上記一つの制御ゾーンに対向する部分
（周方向）の照射が不均一になることを抑制できる。さ
らに被加熱材の周縁部（すなわち被加熱材からの放射エ
ネルギー密度が大となる部分）に対向させる点状光源
は、被加熱材中心に対して点対称となる被加熱材周縁の
複数箇所に対向するとともに、被加熱材の周縁に接し且
つ当該被加熱材に垂直な面にて横切られる点状光源を有
しており、被加熱材周縁部の周方向において被加熱材中
心に対して対称な複数位置に対して、充分に光照射する
ことができる。
【００１３】すなわち、制御ゾーン内で周方向に各点状
光源の中心を結ぶ線（例えば図１０における被加熱材２
の陰影の外縁を表す点線に一致するような線）を想定し
た場合、その線上においての点状光源の占有率が過半数
を占めることができ、この結果、その線上において点状
光源を密に配置できる。
光源の中心を結ぶ線（例えば図１０における被加熱材２
の陰影の外縁を表す点線に一致するような線）を想定し
た場合、その線上においての点状光源の占有率が過半数
を占めることができ、この結果、その線上において点状
光源を密に配置できる。
【００１４】請求項２または請求項７記載の発明によれ
ば、被加熱材の周縁部に対向する制御ゾーン内において
点状光源を密に配置することができ、被加熱材の周縁部
への照射が不均一になることを抑制できる。
ば、被加熱材の周縁部に対向する制御ゾーン内において
点状光源を密に配置することができ、被加熱材の周縁部
への照射が不均一になることを抑制できる。
【００１５】請求項３または請求項８記載の発明によれ
ば、点状光源がフィラメントを内包するガラス球を有す
る場合でも請求項１または請求項６記載の発明の効果と
同様な効果を得る。
ば、点状光源がフィラメントを内包するガラス球を有す
る場合でも請求項１または請求項６記載の発明の効果と
同様な効果を得る。
【００１６】請求項４または請求項９記載の発明によれ
ば、点状光源がフィラメントを内包するガラス球と、該
ガラス球を包囲するとともにフィラメントからの光を反
射する筒状反射部とにより構成させた場合であっても、
筒状反射部を密に配置させることができるため、被加熱
材への照射が不均一になることを抑制できる。
ば、点状光源がフィラメントを内包するガラス球と、該
ガラス球を包囲するとともにフィラメントからの光を反
射する筒状反射部とにより構成させた場合であっても、
筒状反射部を密に配置させることができるため、被加熱
材への照射が不均一になることを抑制できる。
【００１７】請求項５または請求項１０記載の発明によ
れば、請求項４または請求項９記載の発明と同様な効果
を得る。
れば、請求項４または請求項９記載の発明と同様な効果
を得る。
【００１８】
【発明の実施の形態】〔第１実施例〕図１において、装
置ハウジングＨ内は平行に配設した石英ガラス板４１
Ａ、４１Ｂにより上下に三室に区画されており、上部室
および下部室に赤外光を発する点状光源たる球状ハロゲ
ンランプ１が複数設けてある。中間室は熱処理室となっ
ており、該熱処理室内には支持腕４２に支持せしめて被
加熱材たる半導体ウエハ２が装入してある。
置ハウジングＨ内は平行に配設した石英ガラス板４１
Ａ、４１Ｂにより上下に三室に区画されており、上部室
および下部室に赤外光を発する点状光源たる球状ハロゲ
ンランプ１が複数設けてある。中間室は熱処理室となっ
ており、該熱処理室内には支持腕４２に支持せしめて被
加熱材たる半導体ウエハ２が装入してある。
【００１９】上記ウエハ２は円板形であり（図２）、上
記ハロゲンランプ１は、上記ウエハの板面全体をカバー
する領域に、正六角形の同心状をなして上記板面に向け
多数設けてある。ハロゲンランプ１は、不活性ガスとハ
ロゲンガスを封入したガラス球１１（図３（１）、
（２））内にタングステンフィラメント１２を設けたも
ので、その配光分布は、図４に示す如く、水平面内にお
けるフィラメントの延長方向で弱い。ここで、図中実線
は垂直面内の照度分布であり、鎖線は水平面内の照度分
布である。なお、本発明でいう「点状光源」は、ウエハ
２側から見た時に略円形の射影を有する形状の光源であ
ることが好ましい。
記ハロゲンランプ１は、上記ウエハの板面全体をカバー
する領域に、正六角形の同心状をなして上記板面に向け
多数設けてある。ハロゲンランプ１は、不活性ガスとハ
ロゲンガスを封入したガラス球１１（図３（１）、
（２））内にタングステンフィラメント１２を設けたも
ので、その配光分布は、図４に示す如く、水平面内にお
けるフィラメントの延長方向で弱い。ここで、図中実線
は垂直面内の照度分布であり、鎖線は水平面内の照度分
布である。なお、本発明でいう「点状光源」は、ウエハ
２側から見た時に略円形の射影を有する形状の光源であ
ることが好ましい。
【００２０】そこで、上記各ハロゲンランプ１は、図５
ないし第６図に示す如く、そのフィラメント１２の配設
方向を異ならしめて、照度分布の強弱を互いに補完する
ようにしてある。すなわち、図５では各フィラメント１
２を同心円に沿う方向へ配し、また、図６では放射線に
沿う方向へ配設してある。
ないし第６図に示す如く、そのフィラメント１２の配設
方向を異ならしめて、照度分布の強弱を互いに補完する
ようにしてある。すなわち、図５では各フィラメント１
２を同心円に沿う方向へ配し、また、図６では放射線に
沿う方向へ配設してある。
【００２１】図１において、上述の如く配設された各ハ
ロゲンランプ１は装置ハウジングＨの壁を貫通する配線
により外部の照射量設定装置３に接続されている。
ロゲンランプ１は装置ハウジングＨの壁を貫通する配線
により外部の照射量設定装置３に接続されている。
【００２２】照射量設定装置３は、通電回路３１、通電
制御回路３２、温度調節計３３、および放射温度計３４
より構成されており、放射温度計３４は上記ウエハ２の
中心部温度を測定するようにハウジング底壁に一台設置
されている。本実施例では上記上下の各ハロゲンランプ
１はウエハ２の板面に対してそれぞれ中心より同心状に
３ゾーンに区画され、その各ゾーンについて通電回路３
１と通電制御回路３２が設けてある（１ゾーンのみ図
示）。
制御回路３２、温度調節計３３、および放射温度計３４
より構成されており、放射温度計３４は上記ウエハ２の
中心部温度を測定するようにハウジング底壁に一台設置
されている。本実施例では上記上下の各ハロゲンランプ
１はウエハ２の板面に対してそれぞれ中心より同心状に
３ゾーンに区画され、その各ゾーンについて通電回路３
１と通電制御回路３２が設けてある（１ゾーンのみ図
示）。
【００２３】温度調節計３３は、上記放射温度計３４か
ら得られる測定温度を、中心ゾーンの設定温度（例えば
１１５０℃）と比較し、その偏差が零になるように、通
電制御回路３２中の増幅回路３２１およびゲートパルス
回路３２２を介して通電回路３１に設けた電源ユニット
３１１のサイリスタを駆動する。検出回路３１２から
は、供給電流値が通電制御回路３２の変換回路３２３を
経てフィードバックされている。
ら得られる測定温度を、中心ゾーンの設定温度（例えば
１１５０℃）と比較し、その偏差が零になるように、通
電制御回路３２中の増幅回路３２１およびゲートパルス
回路３２２を介して通電回路３１に設けた電源ユニット
３１１のサイリスタを駆動する。検出回路３１２から
は、供給電流値が通電制御回路３２の変換回路３２３を
経てフィードバックされている。
【００２４】残る他のゾーンについても電力のフィード
バック制御を行っているが、その設定値は以下のように
決定される。すなわち、ニッケル板やステンレス板で製
作したダミーウエハ上の、上記各ゾーンに対応した所定
位置に熱電対を取付け、この状態でハロゲンランプを点
灯して、各ゾーンの温度が中心ゾーンとほぼ同一温度に
なるような電力設定値の比を決定する。
バック制御を行っているが、その設定値は以下のように
決定される。すなわち、ニッケル板やステンレス板で製
作したダミーウエハ上の、上記各ゾーンに対応した所定
位置に熱電対を取付け、この状態でハロゲンランプを点
灯して、各ゾーンの温度が中心ゾーンとほぼ同一温度に
なるような電力設定値の比を決定する。
【００２５】ところで、円板状の被加熱材を一定温度に
保持した場合の、各部からの放射エネルギー密度を一定
条件下で計算すると、図７に示すように、中心から外周
に向かうに従って次第に増加する。したがって、これを
補完するように、円形ウエハに対する供給電力は一般
に、中心部を小さくし、周辺部に向けて大きくすると良
い。
保持した場合の、各部からの放射エネルギー密度を一定
条件下で計算すると、図７に示すように、中心から外周
に向かうに従って次第に増加する。したがって、これを
補完するように、円形ウエハに対する供給電力は一般
に、中心部を小さくし、周辺部に向けて大きくすると良
い。
【００２６】しかして、本実施例では、かかる理論的背
景も踏まえて、上述の熱電対による測定結果より、周辺
の各ゾーンのハロゲンランプ１への供給電力を一定の比
で大きくし、この結果、ウエハ２各部への入射エネルギ
ー密度を、図８に示す如く、中心部より周辺部にむけて
階段的に増加せしめている。
景も踏まえて、上述の熱電対による測定結果より、周辺
の各ゾーンのハロゲンランプ１への供給電力を一定の比
で大きくし、この結果、ウエハ２各部への入射エネルギ
ー密度を、図８に示す如く、中心部より周辺部にむけて
階段的に増加せしめている。
【００２７】かかるランプ照射量の制御によりウエハ２
上の温度分布は、例えば図９に示す如く、同心状の変化
を残しつつもその温度差は小さなものとなる（最大１０
℃）。
上の温度分布は、例えば図９に示す如く、同心状の変化
を残しつつもその温度差は小さなものとなる（最大１０
℃）。
【００２８】なお、上記ハロゲンランプ１の照射量制御
は、同心状のゾーン数を増すことにより、さらに高精度
になすことが可能であり、この場合はウエハの温度分布
もさらに均一化する。また、上下のランプ群を、中心回
りに互いにずらして配置することにより、ランプ境界部
の温度分布の変動を抑えることができる。 〔第２〜第６実施例〕ハロゲンランプ１の配置は、上記
実施例の如き正六角形の同心状にすると最も設置密度を
大きくできるが、各ランプ１を図１０の如く同心円状に
配置すれば、制御ゾーンの区画が容易となる。また、ウ
エハ２の形状に応じて、ランプ配置を図１１の如き四角
の同心状とすることも可能である。
は、同心状のゾーン数を増すことにより、さらに高精度
になすことが可能であり、この場合はウエハの温度分布
もさらに均一化する。また、上下のランプ群を、中心回
りに互いにずらして配置することにより、ランプ境界部
の温度分布の変動を抑えることができる。 〔第２〜第６実施例〕ハロゲンランプ１の配置は、上記
実施例の如き正六角形の同心状にすると最も設置密度を
大きくできるが、各ランプ１を図１０の如く同心円状に
配置すれば、制御ゾーンの区画が容易となる。また、ウ
エハ２の形状に応じて、ランプ配置を図１１の如き四角
の同心状とすることも可能である。
【００２９】さらに、ハロゲンランプ１からの入射エネ
ルギー密度を大きくする必要があるウエハ２外周部で、
これに対向するランプ位置をウエハ２に近接せしめ（図
１２）、これより中心部に向けて漸次ウエハ２より遠ざ
かるように配置すれば、階段的なゾーン制御の粗さを補
うことができる。同様の効果は、外周部より中心部に向
けてハロゲンランプ１のワット数を小さくすることによ
っても達成される。
ルギー密度を大きくする必要があるウエハ２外周部で、
これに対向するランプ位置をウエハ２に近接せしめ（図
１２）、これより中心部に向けて漸次ウエハ２より遠ざ
かるように配置すれば、階段的なゾーン制御の粗さを補
うことができる。同様の効果は、外周部より中心部に向
けてハロゲンランプ１のワット数を小さくすることによ
っても達成される。
【００３０】ハロゲンランプ１は、照射効率を向上せし
めるために、図１３に示す如く、ガラス球１１の後半部
の内面ないし外面に金、クロム、ジルコニア等のコーテ
ィング１３を施し、あるいは図１４に示す如く、反射傘
１４を設ける構造としても良い。
めるために、図１３に示す如く、ガラス球１１の後半部
の内面ないし外面に金、クロム、ジルコニア等のコーテ
ィング１３を施し、あるいは図１４に示す如く、反射傘
１４を設ける構造としても良い。
【００３１】上記構成のランプアニール装置において、
ハロゲンランプは、ウエハの形状に応じて配設し、ウエ
ハ各部の放射熱量を補うように照射制御する。したがっ
て、必ずしも同心状配置される必要はなく、また、ウエ
ハ各部の放射熱量は、ウエハの形状により左右されるこ
とはもちろん、熱処理室に導入したガスの流れによって
も変動するから、これらを考慮する必要がある。
ハロゲンランプは、ウエハの形状に応じて配設し、ウエ
ハ各部の放射熱量を補うように照射制御する。したがっ
て、必ずしも同心状配置される必要はなく、また、ウエ
ハ各部の放射熱量は、ウエハの形状により左右されるこ
とはもちろん、熱処理室に導入したガスの流れによって
も変動するから、これらを考慮する必要がある。
【００３２】なお、ランプ群は上下のいずれか一方のみ
でも良い。 〔第７実施例〕ところで、上記構成のランプアニール装
置において、各ハロゲンランプ１は、通常、図１５に示
す如く、フィラメント１２を内包するガラス球１１とガ
イシ等の絶縁体よりなる口金部１６からなり、口金部１
６をランプ受金５１に取付けて（図１６）、通電するこ
とによりフィラメント１２が加熱されるようになしてあ
る。
でも良い。 〔第７実施例〕ところで、上記構成のランプアニール装
置において、各ハロゲンランプ１は、通常、図１５に示
す如く、フィラメント１２を内包するガラス球１１とガ
イシ等の絶縁体よりなる口金部１６からなり、口金部１
６をランプ受金５１に取付けて（図１６）、通電するこ
とによりフィラメント１２が加熱されるようになしてあ
る。
【００３３】フィラメント１２の両端部には、図１７
（１）（２）に示す如く、厚さ数１０μｍの金属箔を設
けてあり、これを、ガラス球１１内に封入されたハロゲ
ンガスと外気を遮断するための壁１１１に貫通せしめて
封止部１７となしてある。
（１）（２）に示す如く、厚さ数１０μｍの金属箔を設
けてあり、これを、ガラス球１１内に封入されたハロゲ
ンガスと外気を遮断するための壁１１１に貫通せしめて
封止部１７となしてある。
【００３４】この封止部１７は、フィラメント１２が加
熱されるとその熱が伝わって温度上昇するが、その温度
が２５０〜３５０℃以上になると、封止部１７が酸化し
て断線するおそれがある。あるいは封止部１７の熱膨張
によりガラス球１１内のハロゲンガスが洩れてハロゲン
ガスの減少および大気のランプ内導入につながり、フィ
ラメント１２の断線原因となる。そこで、封止部１７が
２５０℃以上にならないように、図１６に示す如く、ガ
ラス球１１周りに反射板６を設ける、またはハロゲンラ
ンプ１１を空冷することにより温度の上昇を防ぐことが
できる。 〔第８実施例〕一方、ウエハ熱処理時には、ウエハ温度
を２５０℃／秒の割合で急速に上昇させ、かつウエハの
温度分布が±５℃以内を達成することが望ましい。その
ためにはハロゲンランプ１を、例えば図１８のように配
列し、ハロゲンランプ１個あたり３００Ｗの出力でかつ
ハロゲンランプの並びのピッチｌ（エル）を最大２５mm
程度とするのがよい。ところが、通常使用されるハロゲ
ンランプの直径は２２mm程度であるので、ランプ周りに
有効な反射板を設けるスペースがない、またハロゲンラ
ンプを空冷しようとすると、ランプが互いの壁となって
空気の流れが届かず、封止部の冷却が十分でないことが
ある。
熱されるとその熱が伝わって温度上昇するが、その温度
が２５０〜３５０℃以上になると、封止部１７が酸化し
て断線するおそれがある。あるいは封止部１７の熱膨張
によりガラス球１１内のハロゲンガスが洩れてハロゲン
ガスの減少および大気のランプ内導入につながり、フィ
ラメント１２の断線原因となる。そこで、封止部１７が
２５０℃以上にならないように、図１６に示す如く、ガ
ラス球１１周りに反射板６を設ける、またはハロゲンラ
ンプ１１を空冷することにより温度の上昇を防ぐことが
できる。 〔第８実施例〕一方、ウエハ熱処理時には、ウエハ温度
を２５０℃／秒の割合で急速に上昇させ、かつウエハの
温度分布が±５℃以内を達成することが望ましい。その
ためにはハロゲンランプ１を、例えば図１８のように配
列し、ハロゲンランプ１個あたり３００Ｗの出力でかつ
ハロゲンランプの並びのピッチｌ（エル）を最大２５mm
程度とするのがよい。ところが、通常使用されるハロゲ
ンランプの直径は２２mm程度であるので、ランプ周りに
有効な反射板を設けるスペースがない、またハロゲンラ
ンプを空冷しようとすると、ランプが互いの壁となって
空気の流れが届かず、封止部の冷却が十分でないことが
ある。
【００３５】図１９はこのようにスペースが限られる場
合の封止部の冷却構造を示す。本実施例では、図２０、
図２１に示す如く、ハロゲンランプ１の口金部を口金上
部１８と口金下部１９に分離して、口金上部１８を熱伝
導性の良好な物質で構成するとともに、上方に向けて縮
径するテーパ状となしてある。ここでは（図１９）、テ
ーパ角θ＝２°２０′、直径Ｃ＝１６mm、高さＤ＝１２
mmの銅製テーパ円筒とした。またハロゲンランプ１間ピ
ッチｌは２５mmとした。口金上部１８の周辺には複数の
水路７１を有する水冷箱７を配設してある（図１９）。
水冷箱６は、ハロゲンランプ１設置位置に、口金上部１
８に対応するテーパ状の穴７２を有し（図２２）、該穴
７２にハロゲンランプ１を嵌合せしめて、口金上部１８
が水冷箱７に密着するようになしてある。このときハロ
ゲンランプ１個あたりの冷却水量は２００cc／分とし
た。
合の封止部の冷却構造を示す。本実施例では、図２０、
図２１に示す如く、ハロゲンランプ１の口金部を口金上
部１８と口金下部１９に分離して、口金上部１８を熱伝
導性の良好な物質で構成するとともに、上方に向けて縮
径するテーパ状となしてある。ここでは（図１９）、テ
ーパ角θ＝２°２０′、直径Ｃ＝１６mm、高さＤ＝１２
mmの銅製テーパ円筒とした。またハロゲンランプ１間ピ
ッチｌは２５mmとした。口金上部１８の周辺には複数の
水路７１を有する水冷箱７を配設してある（図１９）。
水冷箱６は、ハロゲンランプ１設置位置に、口金上部１
８に対応するテーパ状の穴７２を有し（図２２）、該穴
７２にハロゲンランプ１を嵌合せしめて、口金上部１８
が水冷箱７に密着するようになしてある。このときハロ
ゲンランプ１個あたりの冷却水量は２００cc／分とし
た。
【００３６】口金下部１９はガイシ等の絶縁体からな
り、外周のネジ部にてランプ受金５１に装着固定されて
いる。ランプ受金５１の下端部にはピン５２が一体に設
けてあり、ピン５２は受金ホルダ５３にバネ５４を介し
て支持されている。
り、外周のネジ部にてランプ受金５１に装着固定されて
いる。ランプ受金５１の下端部にはピン５２が一体に設
けてあり、ピン５２は受金ホルダ５３にバネ５４を介し
て支持されている。
【００３７】しかして、バネ力によりピン５２、ランプ
受金５１、ハロゲンランプ１が一体となって図１９矢印
方向に引張られ、口金上部１８と水冷箱７との密着性は
より向上する。そして口金上部１８からの熱放散がより
良好に行なわれ、封止部の温度上昇を抑制することがで
きる。
受金５１、ハロゲンランプ１が一体となって図１９矢印
方向に引張られ、口金上部１８と水冷箱７との密着性は
より向上する。そして口金上部１８からの熱放散がより
良好に行なわれ、封止部の温度上昇を抑制することがで
きる。
【００３８】ここで、封止部の温度が時間とともにどう
変化するかを調べた。図２３（ａ）はハロゲンランプ単
独で点灯させた場合、（ｂ）は図２４に示す如く９個の
ハロゲンランプ１（直径ｄ＝２２mm）をランプ間ピッチ
を２５mmとして配した場合で、いずれも水冷箱、反射板
等は設けず、風量２ｍ3 ／分の条件で空冷した。ハロゲ
ンランプ１は色温度２７００℃、交流１００Ｖ、３００
Ｗの仕様で、また（ｂ）は中心部に位置するハロゲンラ
ンプについて測定を行なった。
変化するかを調べた。図２３（ａ）はハロゲンランプ単
独で点灯させた場合、（ｂ）は図２４に示す如く９個の
ハロゲンランプ１（直径ｄ＝２２mm）をランプ間ピッチ
を２５mmとして配した場合で、いずれも水冷箱、反射板
等は設けず、風量２ｍ3 ／分の条件で空冷した。ハロゲ
ンランプ１は色温度２７００℃、交流１００Ｖ、３００
Ｗの仕様で、また（ｂ）は中心部に位置するハロゲンラ
ンプについて測定を行なった。
【００３９】図に明らかなように、（ａ）では封止部の
温度が２５０℃を越えて３５０℃前後まで上昇する。
（ｂ）ではランプ点灯から１００秒で４００℃を越えな
お上昇している。
温度が２５０℃を越えて３５０℃前後まで上昇する。
（ｂ）ではランプ点灯から１００秒で４００℃を越えな
お上昇している。
【００４０】次に、上記（ｂ）の構成において、口金上
部に密着させて水冷箱を設け、同様の実験を行なった。
ハロゲンランプ１個あたりの冷却水量は２００cc／分と
した。
部に密着させて水冷箱を設け、同様の実験を行なった。
ハロゲンランプ１個あたりの冷却水量は２００cc／分と
した。
【００４１】その結果、水冷箱を設けた本実施例の構成
では、図２５に示す如く、ランプ点灯後１２０秒で温度
は定常状態の１５０℃になった。このように本実施例の
構成では、封止部から奪える熱量が増大し、かつ各ハロ
ゲンランプを均一に冷却し得るので、限られたスペース
内で大きな冷却効果が得られる。 〔第９〜第１０実施例〕上記第８実施例において、口金
上部１８の形状は円筒テーパ形状に限らず、角筒（図２
６）、円筒（図２７）のような他形状とすることも可能
である。また水冷箱も口金形状に合わせて加工すること
が可能である。
では、図２５に示す如く、ランプ点灯後１２０秒で温度
は定常状態の１５０℃になった。このように本実施例の
構成では、封止部から奪える熱量が増大し、かつ各ハロ
ゲンランプを均一に冷却し得るので、限られたスペース
内で大きな冷却効果が得られる。 〔第９〜第１０実施例〕上記第８実施例において、口金
上部１８の形状は円筒テーパ形状に限らず、角筒（図２
６）、円筒（図２７）のような他形状とすることも可能
である。また水冷箱も口金形状に合わせて加工すること
が可能である。
【００４２】口金上部１８の形状を図２７の円筒形とし
た場合について、上記と同様の実験を行なった。ハロゲ
ンランプ１は、図２８に示す如く、口金上部１８を直径
Ｂ＝１６mm、高さＤ＝１２mmの銅製円筒とした。
た場合について、上記と同様の実験を行なった。ハロゲ
ンランプ１は、図２８に示す如く、口金上部１８を直径
Ｂ＝１６mm、高さＤ＝１２mmの銅製円筒とした。
【００４３】ただしこの場合、口金上部１８と水冷箱７
が密着せず、水冷箱７との間にギャップＧが生ずる。そ
こで、十分な冷却効果を得るためのギャップＧを、下記
の熱通過の式により求めた。
が密着せず、水冷箱７との間にギャップＧが生ずる。そ
こで、十分な冷却効果を得るためのギャップＧを、下記
の熱通過の式により求めた。
【００４４】
【数１】 Ｌ：管長 Ｋ：熱通過率 Ｑ：通過熱量
【００４５】
【数２】 α：流体の熱伝達率 γi ：管の最外半径 ρm ：γm ／γm-1 （γm ：各管半径） λ：各管の熱伝導率 上記（１）、（２）式より、封止部が２５０℃以下にな
るためのギャップＧを計算で求めたところ、ギャップＧ
は０．０２mm以下であればよいことがわかった。
るためのギャップＧを計算で求めたところ、ギャップＧ
は０．０２mm以下であればよいことがわかった。
【００４６】ギャップＧを０．０２mm以下とし、冷却水
量、ランプ仕様は上記実施例と同様にして実験を行なっ
た。その結果、図２９に示す如く、ランプ点灯後１８秒
で定常温度の２２０℃となり、十分な冷却効果が得られ
ることがわかる。
量、ランプ仕様は上記実施例と同様にして実験を行なっ
た。その結果、図２９に示す如く、ランプ点灯後１８秒
で定常温度の２２０℃となり、十分な冷却効果が得られ
ることがわかる。
【００４７】以上の如く、本実施例のランプアニール装
置によれば、種々の形状の板状被加熱材を均一に加熱す
ることができ、特に半導体ウエハの種々の熱処理に使用
して大きな効果を奏するものである。
置によれば、種々の形状の板状被加熱材を均一に加熱す
ることができ、特に半導体ウエハの種々の熱処理に使用
して大きな効果を奏するものである。
【図１】第１実施例に係る装置の全体構成図
【図２】第１実施例に係るハロゲンランプの配置を示す
平面図
平面図
【図３】（１）、（２）は第１実施例に係るハロゲンラ
ンプの側面図
ンプの側面図
【図４】第１実施例に係るハロゲンランプの配光特性を
示す図
示す図
【図５】第１実施例に係るハロゲンランプのフィラメン
ト方向を示す図
ト方向を示す図
【図６】第１実施例に係るハロゲンランプのフィラメン
ト方向を示す図
ト方向を示す図
【図７】第１実施例に係る円板ウエハの放射エネルギー
密度を示す図
密度を示す図
【図８】第１実施例に係る円板ウエハに対する入射エネ
ルギー密度を示す図
ルギー密度を示す図
【図９】第１実施例に係る円板ウエハの温度分布を示す
平面図
平面図
【図１０】第２実施例に係るハロゲンランプの配置を示
す平面図
す平面図
【図１１】第３実施例に係るハロゲンランプの配置を示
す平面図
す平面図
【図１２】第４実施例に係るハロゲンランプの他の配置
を示す装置本体の断面図
を示す装置本体の断面図
【図１３】第５実施例に係るハロゲンランプの側面図
【図１４】第６実施例に係るハロゲンランプの斜視図
【図１５】第７実施例に係るハロゲンランプの分解図
【図１６】第７実施例に係るハロゲンランプの側面図
【図１７】第７実施例に係るガラス球の拡大図
【図１８】第８実施例に係るハロゲンランプの配置例を
示す図
示す図
【図１９】第８実施例に係るランプアニール装置の部分
断面図
断面図
【図２０】第８実施例に係るハロゲンランプの分解図
【図２１】第８実施例に係るハロゲンランプの斜視図
【図２２】第８実施例に係る水冷箱の部分断面図
【図２３】（ａ）、（ｂ）は第８実施例に係る封止部の
温度変化を示す図
温度変化を示す図
【図２４】第８実施例に係る封止部の温度変化を測定す
るために使用した装置の構成を示す図
るために使用した装置の構成を示す図
【図２５】第８実施例に係る封止部の温度変化を示す図
【図２６】第９実施例に係るハロゲンランプの斜視図
【図２７】第１０実施例に係るハロゲンランプの斜視図
【図２８】第１０実施例に係るハロゲンランプの側面図
【図２９】第１０実施例に係る封止部の温度変化を示す
図
図
【図３０】従来例に係る装置本体の断面図
【図３１】従来例に係るハロゲンランプの斜視図
【図３２】従来例に係る円板ウエハの温度分布を示す平
面図
面図
【図３３】従来例に係る円板ウエハの温度分布を示す平
面図
面図
１…ハロゲンランプ（点状光源） ２…ウエハ（被加熱材） ３…照射量設定回路（照射量設定手段） ３１…通電回路 ３２…通電制御回路 ３３…温度調節計 ３４…放射温度計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣瀬 祥司 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−36927（ＪＰ，Ａ) 米国特許3761678（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/26 H01L 21/205
Claims (10)
- 【請求項１】 板状の被加熱材の少なくとも一方の面に
対向して配置される複数の点状光源と、前記複数の点状
光源を略同心状の複数の制御ゾーンに区分けし、前記制
御ゾーン毎に前記複数の点状光源の光照射量を設定する
照射量設定手段とを備え、前記複数の点状光源の照射す
る光により前記被加熱材を加熱する熱処理装置であっ
て、 前記複数の制御ゾーンのうちの少なくとも一つの制御ゾ
ーンは、当該一つの制御ゾーンを構成する前記複数の点
状光源のうちの隣接する夫々の点状光源の離間距離と前
記点状光源の直径とを比較した場合に、前記隣接する夫
々の点状光源の離間距離の方が小さくなるように、前記
複数の点状光源が配置されてなるとともに、 前記被加熱材の周縁において前記被加熱材の中心に対し
て点対称となる複数箇所に対向する位置には、前記被加
熱材の周縁に接する面であって当該被加熱材に垂直な面
にて横切られるように配置される前記点状光源を有して
いる ことを特徴とする熱処理装置。 - 【請求項２】 前記一つの制御ゾーンは前記被加熱材の
周縁部に対向する制御ゾーンを含むことを特徴とする請
求項１記載の熱処理装置。 - 【請求項３】 前記点状光源はフィラメントを内包する
ガラス球を有し、当該ガラス球と前記隣接する点状光源
のガラス球との離間距離と、前記ガラス球の直径とを比
較した場合に、前記隣接する夫々のガラス球の離間距離
の方が小さくなるように、前記複数のガラス球が配置さ
れてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の熱処理装置。 - 【請求項４】 前記点状光源はフィラメントを内包する
ガラス球と、該ガラス球を包囲するとともに前記フィラ
メントからの光を反射する筒状反射部とからなり、前記
複数の制御ゾーンのうちの少なくとも一つの制御ゾーン
内において、特定の点状光源の筒状反射部及び前記特定
の点状光源に隣接する点状光源の筒状反射部の離間距離
と、前記筒状反射部の内径とを比較した場合に、前記離
間距離の方が小さくなるように、前記筒状反射部が配置
されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の熱処理装置。 - 【請求項５】 光を反射する筒状反射部に包囲され板状
の被加熱材に対向して配置された複数の球状ランプと、
前記複数の球状ランプを略同心状の複数の制御ゾーンに
区分けし、前記制御ゾーン毎に前記複数の球状ランプの
光照射量を設定する照射量設定手段とを備え、前記複数
の球状ランプの照射する光により前記被加熱材を加熱す
る熱処理装置であって、 前記複数の制御ゾーンのうちの少なくとも一つの制御ゾ
ーン内において、特定の球状ランプの筒状反射部及び前
記特定の球状ランプに隣接する球状ランプの筒状反射部
の離間距離と、前記筒状反射部の内径とを比較した場合
に、前記離間距離の方が小さくなるように、前記筒状反
射部が配置されるとともに、 前記被加熱材の周縁において前記被加熱材の中心に対し
て点対称となる複数箇所に対向する位置には、前記被加
熱材の周縁に接する面であって当該被加熱材に垂直な面
にてその内部が横切られるように配置される前記筒状反
射部を有している ことを特徴とする熱処理装置。 - 【請求項６】 板状の被加熱材の少なくとも一方の面に
複数の点状光源を対向して配置し、前記複数の点状光源
を略同心状の複数の制御ゾーンに区分けし、前記制御ゾ
ーン毎に前記複数の点状光源の光照射量を設定すること
で前記被加熱材を加熱する熱処理方法であって、 前記複数の制御ゾーンのうちの少なくとも一つの制御ゾ
ーンにおいて、当該一つの制御ゾーンを構成する前記複
数の点状光源のうちの隣接する夫々の点状光源の離間距
離と前記点状光源の直径とを比較した場合に、前記隣接
する夫々の点状光源の離間距離の方が小さくなるように
前記複数の点状光源を配置させるとともに、 前記被加熱材の周縁において前記被加熱材の中心に対し
て点対称となる複数箇所に対向する位置に、前記被加熱
材の周縁に接する面であって当該被加熱材に垂直な面に
て横切られるように、前記点状光源を配置させて、 前記
被加熱材を加熱することを特徴とする熱処理方法。 - 【請求項７】 前記一つの制御ゾーンは前記被加熱材の
周縁部に対向する制御ゾーンを含むことを特徴とする請
求項６記載の熱処理方法。 - 【請求項８】 前記点状光源はフィラメントを内包する
ガラス球を有し、当該ガラス球と前記隣接する点状光源
のガラス球との離間距離と、前記ガラス球の直径とを比
較した場合に、前記隣接する夫々のガラス球の離間距離
の方が小さくなるように前記複数のガラス球を配置させ
ることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の熱
処理方法。 - 【請求項９】 前記点状光源をフィラメントを内包する
ガラス球と、該ガラス球を包囲するとともに前記フィラ
メントからの光を反射する筒状反射部とにより構成さ
せ、前記複数の制御ゾーンのうちの少なくとも一つの制
御ゾーン内において、特定の点状光源の筒状反射部及び
前記特定の点状光源に隣接する点状光源の筒状反射部の
離間距離と前記筒状反射部の内径とを比較した場合に、
前記離間距離の方が小さくなるように前記筒状反射部を
配置させることを特徴とする請求項６または請求項７に
記載の熱処理方法。 - 【請求項１０】 板状の被加熱材の少なくとも一方の面
に、光を反射する筒状反射部に包囲された球状ランプを
複数対向させて配置し、前記複数の球状ランプを略同心
状の複数の制御ゾーンに区分けし、前記制御ゾーン毎に
前記複数の球状ランプの光照射量を設定することで前記
被加熱材を加熱する熱処理方法であって、 前記複数の制御ゾーンのうちの少なくとも一つの制御ゾ
ーン内において、特定の球状ランプの筒状反射部及び前
記特定の球状ランプに隣接する球状ランプの筒状反射部
の離間距離と前記筒状反射部の内径とを比較した場合
に、前記離間距離の方が小さくなるように前記筒状反射
部を配置させるとともに、 前記被加熱材の周縁において前記被加熱材の中心に対し
て点対称となる複数箇所に対向する位置に、前記被加熱
材の周縁に接する面であって当該被加熱材に垂直な面に
てその内部が横切られるように、前記筒状反射部を配置
させて、 前記被加熱材を加熱することを特徴とする熱処
理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29399498A JP3206566B2 (ja) | 1989-02-14 | 1998-10-15 | 熱処理装置及び熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-34554 | 1989-02-14 | ||
| JP3455489 | 1989-02-14 | ||
| JP29399498A JP3206566B2 (ja) | 1989-02-14 | 1998-10-15 | 熱処理装置及び熱処理方法 |
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| JP2687190A Division JP2940047B2 (ja) | 1989-02-14 | 1990-02-06 | 熱処理装置および熱処理方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11195616A JPH11195616A (ja) | 1999-07-21 |
| JP3206566B2 true JP3206566B2 (ja) | 2001-09-10 |
Family
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| JP29399298A Pending JPH11214319A (ja) | 1989-02-14 | 1998-10-15 | 熱処理装置及び熱処理方法 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101809141B1 (ko) * | 2014-05-29 | 2018-01-19 | 에이피시스템 주식회사 | 히터 블록 및 기판 열처리 장치 |
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|---|---|---|---|---|
| JP3972379B2 (ja) * | 1995-12-14 | 2007-09-05 | 信越半導体株式会社 | 加熱炉 |
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