JP3640837B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薬液、純水等の処理液を半導体ウエハ、液晶表示用ガラス基板、フォトマスク用基板等の基板の表面に供給して薬液洗浄処理、純水洗浄処理等の所定の処理を行う基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程では、基板の一種である半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」という。）を回転させつつ、ウエハの表面に第１処理液となるフッ酸（ＨＦ）等の薬液を供給して薬液洗浄処理を行い、次に第２処理液となる純水を供給して純水洗浄処理を行い、さらにウエハを高速回転させてウエハの表面を乾燥させる乾燥処理が行われる。
【０００３】
このような一連の処理を行う従来の基板処理装置は、回転可能にウエハを保持するスピンチャックと、スピンチャックに保持されたウエハの表面に薬液を供給する第１のノズルと、スピンチャックに保持されたウエハの表面に純水を供給する第２のノズルと、スピンチャックに保持されたウエハの周囲には、薬液や純水を回収するための傾斜部を有する回収部材（スプラッシュカード）等を備えている。
【０００４】
また、回収部材の上方には、気体を回収部材内に導入したり、回収部材に対してウエハを搬入・搬出を行うための開口が形成され、下部には薬液や純水を回収するための処理液回収路が設けられている。
【０００５】
そして、薬液洗浄処理、純水洗浄処理及び乾燥処理という一連の処理は、従来、以下のように行われている
【０００６】
すなわち、まずスピンチャックに保持されたウエハの周囲に回収部材を配置させた状態で、ウエハを保持したスピンチャックを回転させつつ、第１のノズルからウエハの表面に薬液を供給して薬液洗浄処理が行われる。このとき、ウエハの回転に伴ってウエハの外周から飛散される薬液は、回収部材で受け止められて回収され、処理液回収路を介して排出される。
【０００７】
次に、薬液による薬液洗浄処理の後、継続してスピンチャックに保持されたウエハの周囲に回収部材を配置させた状態で、ウエハを保持したスピンチャックを回転させつつ、第２のノズルからウエハの表面に純水を供給して純水洗浄処理が行われる。このとき、ウエハの回転に伴ってウエハの外周から飛散される純水は、回収部材で受け止められて回収され、処理液回収路を介して排出される。
【０００８】
そして、純水洗浄処理が終了すると、第２のノズルからウエハの表面への純水の供給を停止し、スピンチャックに保持されたウエハの周囲に回収部材を配置させた状態のまま、ウエハを保持したスピンチャックの回転を継続してウエハの乾燥処理が行われる。なお、第１のノズルや第２のノズルからウエハへ薬液や純水の供給停止後の乾燥処理の初期段階で、ウエハの表面に残留している純水等の大部分はウエハの外周から飛散され、回収部材で受け止められて回収されるが、この段階ではウエハには分子レベルで液滴が残留した湿った状態であるので、ウエハが完全に乾燥するのに十分な時間、ウエハを回転させて乾燥処理が行われる。また、ウエハの乾燥を十分に行うために、通常、乾燥処理は、薬液洗浄処理、純水洗浄処理よりもスピンチャックを高速に回転させている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の基板処理装置では、薬液洗浄処理を行った際に、ウエハの回転に伴って薬液が周囲に飛び散ってしまうため、薬液のミスト状の液滴が、回収部材の傾斜部の外壁面（裏面）に付着してしまうという問題がある。この回収部材の外壁面に付着した液滴は、基板処理装置のチャンバ内に蓄積され、乾燥処理を行うウエハの汚染源となってしまう。
【００１０】
そのため、このウエハの汚染源を除去するためには、定期的に回収部材の外壁面に付着した液滴等の洗浄を行う必要がある。
【００１１】
そこで、回収部材の傾斜部の外壁面を洗浄する装置としては、専用のノズル等を設けるものが考えられる。しかし、この装置では、回収部材は通常円筒状の形状をしたものなので複数の別途専用のノズルを回収部材の上方で、かつ周囲に設けなければならないのでコスト高となる。また、定期的な洗浄を行うと、基板処理装置の稼働率を下げてしまうことになる。
【００１２】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、回収部材の傾斜部の外壁面を洗浄でき、かつ基板の汚染源を除去できる基板処理装置を提供することを課題とする。
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の基板処理装置は、処理室内で基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、前記処理室内で基板を保持する基板保持手段と、基板を保持している前記基板保持手段を回転させる第１駆動手段と、前記基板保持手段に保持された基板の表面に薬液を供給する第１供給手段と、基板の回転に伴って基板の外周に飛散した薬液を回収する傾斜部を有する回収部材と、前記基板保持手段の外周に前記回収部材の傾斜部が位置する第１の状態と前記回収部材の傾斜部より上方の位置に前記基板保持手段に保持された基板の表面が位置する第２の状態とになるように、前記基板保持手段と前記回収部材とを相対的に移動させる第２駆動手段と、前記第２の状態において前記基板保持手段に保持された基板の表面に純水を供給する第２供給手段と、前記回収部材と前記処理室の内壁面との間に形成された純水回収路と、前記第１駆動手段、前記第１供給手段、前記第２駆動手段、および前記第２供給手段を動作制御することにより、（ａ）前記第２の状態において第１の回転数で基板を回転させつつ純水を供給する純水洗浄処理と、（ｂ）前記第２の状態において純水を供給しつつ前記第１の回転数より低速の第２の回転数に基板の回転を減速させることにより、前記回収部材の前記傾斜部の外壁部に純水を供給して、前記純水回収路を介して純水を排出する傾斜部洗浄処理と、を行う制御部と、を備えたことを特徴とする。なお、ここでいう「基板の保持」には、基板の端部を保持部材等が複数箇所保持している場合、基板の裏面が吸着保持手段等で吸着保持されている場合、基板の裏面が複数の支持部材で支持されながら保持されている場合が含まれる。また、回収部材は、基板保持手段の周囲に配置されているのが望ましい。
【００１６】
請求項２に記載の基板処理装置は、請求項１に記載の基板処理装置であって、前記第１駆動手段は、前記第２の状態において前記第２供給手段によって基板の表面に純水を供給した後、前記第２の状態において基板を保持した前記基板保持手段を前記第１の回転数及び前記第２の回転数よりさらに高速の第３の回転数で回転させることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の基板処理装置は、請求項１または請求項２に記載の基板処理装置であって、前記第２駆動手段は、前記基板保持手段に対して前記回収部材を上下方向に移動させることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の基板処理装置は、請求項１または請求項２に記載の基板処理装置であって、前記第２駆動手段は、前記回収部材に対して前記基板保持手段を上下方向に移動させることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の基板処理装置は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記第１供給手段と前記第２供給手段とは、１つの供給手段で兼用されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の基板処理装置は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記処理室の側部には基板を搬送させるための開口を有しており、前記第２の状態にある前記基板保持手段と前記処理室の開口部との高さが一致することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る基板処理装置の一実施の形態を示す概略構成図である。この基板処理装置は、基板の一種であるウエハに対して薬液による薬液洗浄処理、純水による純水洗浄処理、スピン乾燥を行う乾燥処理をそれぞれ行う洗浄・乾燥装置である。
【００２３】
この基板処理装置は、回転可能にウエハＷを保持するスピンチャック１０、ウエハＷの回転に伴ってウエハＷの外周に飛散した薬液などを回収する回収部材（スプラッシュガード）２０、スピンチャック１０に保持されたウエハＷの上面に洗浄液である薬液や純水等を供給するノズル３０等を処理室であるチャンバ４０内に備えている。
【００２４】
スピンチャック１０は、第１駆動手段に相当する電動モータ１１によって鉛直方向に軸芯Ｊ周りで回転される回転軸１２の上端部に円板状のスピンベース１３が一体回転可能に連結されている。電動モータ１１は、チャンバ４０外で、かつチャンバ４０の下側に設けられており、回転速度を適宜に変更することが可能である。なお、この電動モータ１１はチャンバ４０内に設けてもよい。
【００２５】
このスピンベース１３の上面には３個以上の保持部材１４が設けられており、図１では、２個の保持部材１４のみを図示している。各保持部材１４は、スピンベース１３の上面を隔ててウエハＷの外周部を支持する支持部１４ａと支持部１４ａに支持されたウエハＷの外周端縁を押圧して保持する保持部１４ｂとを備えている。この保持部材１４によってウエハＷはスピンベース１３の上面から隔てて保持される。なお、各保持部１４ｂは、ウエハＷの外周端縁を押圧して保持する状態とウエハＷの外周端縁から離れて保持を解除する状態とで切り換え可能である。
【００２６】
回収部材２０は、回転軸１２の中心を通る軸線Ｊに対して略回転対称で円筒状の形状をしている。回収部材２０の上方先端側には、スピンチャック１０側に傾斜した傾斜部２１を有している。回収部材２０の傾斜部２１の内壁面２２側が薬液案内部となり、内壁面２２の内周に略円筒状の薬液回収路２３が形成される。一方、回収部材２０の傾斜部２１の外壁面２４とチャンバ４０の内壁面との間に純水回収路２５が形成されている。
【００２７】
回収部材２０は、ボールネジ等の周知の１軸方向駆動機構で構成される昇降機構２６によって上下方向に昇降可能である。なお、この昇降機構２６はチャンバ４０外で、かつチャンバ４０の下方に設けられており、昇降機構２６の駆動制御により、回収部材２０は、図１の実線で示すような最先端部がＨ１の位置と図１の２点鎖線で示すような最先端部がＨ２の位置とに切り換えられる。なお、回収部材２０がＨ１の位置にあるときが第２の状態に相当し、 Ｈ２の位置にあるときが第１の状態に相当する。
【００２８】
ノズル３０は、チャンバ４０内においてスピンチャック１０の保持されたウエハＷの上方に設けられている。このノズル３０は、供給管３１及び供給管３２を介して図示しない薬液供給源に連通接続されており、ウエハＷの表面に薬液を供給する。なお、薬液としては、フッ酸、アンモニア等が挙げられるが、アンモニア水、過酸化水素水及び水からなる混合液のようなものでもよい。ノズル３０からウエハＷの表面への薬液の供給と停止とは、供給管３２の途中に設けられた開閉弁３３の開閉制御により行われる。また、このノズル３０は、供給管３１及び供給管３４を介して図示しない純水供給源に連通接続されており、ウエハＷの表面に純水を供給する。ノズル３０からウエハＷの表面への純水の供給と停止とは、管３４の途中に設けられた開閉弁３５の開閉制御により行われる。
【００２９】
チャンバ４０の側部には、ウエハＷをチャンバ４０内に対して搬入・搬出を行うための開口に相当する搬出入口４１が、スピンベース１３の位置と略同等の高さに対応させて形成されている。この搬出入口４１には、この搬出入口４１の開閉を行うシャッタ４２が設けられている。また、チャンバ４０の上部には、供給管３１用の孔４３が形成されている。
【００３０】
また、薬液回収路２３に対応するチャンバ４０の底部には、薬液をチャンバ４０から排出するための孔４４が形成されている。この孔４４には排出管４５が接続されており、この排出管４５を介してチャンバ４０外に薬液が排出される。なお、薬液の排出とその停止とは、排出管４５の途中に設けられた開閉弁４６の開閉制御により行われる。さらに、純水回収路２５に対応するチャンバ４０の底部には、純水をチャンバ４０から排出するための孔４７が形成されている。この孔４７には排出管４８が接続されており、この排出管４８を介してチャンバ４０外に純水が排出される。なお、純水の排出とその停止とは、排出管４８の途中に設けられた開閉弁４９の開閉制御により行われる。
【００３１】
なお、チャンバ４０の底部には、回転軸１２に対してシールされた回転軸１２用の孔が形成されている。
【００３２】
図２は、基板処理装置の制御系の構成を示すブロック図である。
電動モータ１１によるスピンチャック１の回転制御、昇降機構２６による回収部材２０の昇降制御、開閉弁３３の開閉制御によるノズル３０から供給される薬液の供給とその停止の制御、開閉弁３５の開閉制御によるノズル３０から供給される純水の供給とその停止の制御、スピンチャック１０の保持部１４ｂによるウエハＷの保持とその解除の制御、開閉弁４６の開閉制御による薬液排出路２３から排出される薬液の排出とその停止の制御、開閉弁４９の開閉制御による純水排出路２５から排出される純水の排出とその停止の制御、シャッタ４１の開閉制御等は、制御部５０により行われる。この制御部５０は、ＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータで構成されている。
【００３３】
次に、基板処理装置の処理動作について説明する。図３は、本発明の基板処理装置の処理動作を示すフローチャートであり、図４及び図５は、基板処理装置の処理動作時におけるウエハと回収部材との位置関係を示す図である。なお、図４及び図５においては、便宜上電動モータ１１、スピンベース３及び保持部材１４を省略している。
【００３４】
まず、制御部５０によってシャッタ４１を「開」にした状態で、図示しない基板搬送機構によってウエハＷをチャンバ４０内に搬入し、保持部１４ｂでウエハＷは保持される（ステップＳ１）。このとき、回収部材２０は、図１で示すＨ１の位置（第２の状態）にあり、ウエハＷと回収部材２０との位置関係は図４（ａ）で示す状態である。次に、制御部５０は、シャッタ４１を「閉」にするとともに、昇降機構２６を駆動させて回収部材２０を上昇させる（ステップＳ２）。このときの状態は、図４（ｂ）に示すように、回収部材２０は、図１で示すＨ２の位置（第１の状態）にある。
【００３５】
そして、制御部５０は、電動モータ１１を駆動して、ウエハＷの回転を開始する（ステップＳ３）。ウエハＷの回転が開始されると、制御部５０によって開閉弁３３が「開」の状態となり、ノズル３０からウエハＷの表面へ薬液の供給が開始され、ウエハＷの表面の薬液洗浄処理が行われる。（ステップＳ４）。このときの状態は、図４（ｃ）に示す状態であり、ウエハＷの回転数は２５０ｒｐｍ〜３５０ｒｐｍである。また、スピンベース１３とウエハＷの回転の伴ってウエハＷの外周に飛散した薬液は、制御部５０により開閉弁４６を「開」の状態にして、薬液回収路２３、孔４４及び排出管４５を介してチャンバ４０外へ排出される。ウエハＷの表面への薬液の供給が開始されて所定の時間経過すると、制御部５０は、開閉弁３３を「閉」にして、ウエハＷの表面への薬液の供給を停止する（ステップＳ５）。このときの状態は図４（ｄ）であり、ウエハＷは、２５０ｒｐｍ〜３５０ｒｐｍの回転数で回転が継続された状態である。これにより、ステップＳ４及びステップＳ５による薬液洗浄処理は終了する。
【００３６】
次に、制御部５０は、昇降機構２６を駆動させ、回収部材２０を下降させる（ステップＳ６）。このとき、回収部材２０は、図１で示すＨ２の位置にあり、ウエハＷと回収部材２０との位置関係は、図５（ａ）で示す状態である。回収部材２０が下降すると、制御部５０によって開閉弁３５が「開」の状態となり、ノズル３０からウエハＷの表面への純水の供給が開始され、純水洗浄処理が行われる（ステップＳ７）。このときの状態は図５（ｂ）に示す状態であり、ウエハＷの回転数は、約２５０ｒｐｍ〜３５０ｒｐｍ（第１の回転数）である。
【００３７】
さらに、制御部５０は、電動モータ１１を制御して、ウエハＷの回転数を減少させる（ステップＳ８）。例えば、ウエハＷの回転数を１００〜２００ｒｐｍ（第２の回転数）に変更する。これにより、回収部材２０の傾斜部２２の外壁部２４に純水が確実に供給され、この外壁部２４に付着しているミスト状の液滴が純水によって洗浄される。また、スピンベース１３とウエハＷの回転の伴ってウエハＷの外周に飛散した純水は、制御部５０により開閉弁４９を「開」の状態にして、純水回収路２５、孔４７及び排出管４８を介してチャンバ４０外へ排出される。ウエハＷの表面への純水の供給が開始されて所定の時間経過すると、制御部５０によって開閉弁３５を「閉」の状態にして、ウエハＷの表面への純水の供給を停止する（ステップＳ９）。これにより、ステップＳ７からステップＳ９へと続いた純水洗浄処理及び傾斜部洗浄処理は終了する。
【００３８】
ステップＳ９が終了すると、制御部５０は、電動モータ１１を制御して、ウエハＷの回転数を増加させる（ステップＳ１０）。例えば、ウエハＷの回転数を１０００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍ（第３の回転数）に変更する。このときの状態は、図５（ｃ）に示すような状態であり、ウエハＷの表面に付着している純水がウエハＷの高速回転に伴ってウエハＷの周囲に振り切られ、ウエハＷの乾燥処理が行われる。ウエハＷの高速回転が所定の時間経過すると、制御部５０は、電動モータ１１を制御してウエハＷの回転を停止させる（ステップＳ１１）。これにより、ステップＳ１０及びステップＳ１１によるウエハＷの乾燥処理は終了する。なお、このときの状態は、図５（ｄ）に示すような状態である。
【００３９】
最後に、制御部５０は、シャッタ４１を「開」の状態にして、図示しない基板搬送機構によってウエハＷをチャンバ４０外に搬出する（ステップＳ１２）。このとき、搬出入口４１が、スピンベース１３の位置と略同等の高さに対応させてチャンバ４０の側部に形成されているので、回収部材２０の移動等を行うことなく、チャンバ４０内からのウエハＷの搬出はスムーズに行われる。以上により、一連の基板処理装置の処理動作は終了する。
【００４０】
以上説明した本発明に係る基板処理装置では次のような効果がある。
【００４１】
まず、ステップＳ４及びステップＳ５において薬液洗浄処理を行った後、駆動機構２６によって、回収部材２０をＨ２の位置（第１の状態）からＨ１の位置（第２の状態）へ下降させ、さらにステップＳ７において、開閉弁３５が制御部５０によって「開」の状態となってノズル３０からウエハＷの表面に純水の供給が開始されるので、簡易な構成でウエハＷの表面の純水洗浄処理を行うとともに、傾斜部２１の外壁面２４の洗浄処理も同時に行うことができる。その結果、傾斜部２１の外壁面２４の洗浄処理が行えれば、ウエハＷの汚染源を確実に除去できる。
【００４２】
また、ウエハＷの表面の純水洗浄処理を行う際に、第１段階としてウエハＷの回転数を２５０ｒｐｍ〜３５０ｒｐｍ（第１の回転数）とし、さらに第２段階としてウエハＷの回転数を１００ｒｐｍ〜２００ｒｐｍ（第２の回転数）とすれば、第１段階でウエハＷの表面を確実に純水洗浄処理を行え、さらに第２段階でウエハＷの表面と回収部材２０の傾斜部２１の外壁面２４とを確実に純水で洗浄することができる。
【００４３】
また、回収部材２０を駆動機構２６によって上下方向に移動させるという簡素な構成で、回収部材２０とスピンベース１３との相対的な位置関係を切り換えることができる。なお、図示していないが、回収部材２０を上下方向に移動させるかわりに、スピンベース１３を上下方向に移動させても同じような効果が得られる。
【００４４】
また、ノズル３０が薬液の供給と純水の供給を兼用しているので、１つノズルという簡素な構成で、薬液洗浄処理、純水洗浄処理、スピン乾燥処理の一連のウエハＷに対する処理を行うことができる。
【００４５】
さらに、チャンバ４０の側部にウエハＷの搬入・搬出を行うための搬出入口４１が、スピンベース１３の位置と略同等の高さに対応させて形成されているので、上述したウエハＷの一連の処理を終了した後、ウエハＷのチャンバ４０内からの搬出をスムーズに行うことができる。
【００４６】
なお、上述した本発明の一実施の形態では、回収部材２０を円筒状の形状をしたスプラッシュガードと呼ばれるもので説明したが、回収部材２０にウエハＷの外周に飛散した処理液を受け止めるスピンカップを用いてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、第２駆動手段によって基板保持手段の外周に回収部材の傾斜部が位置する第１の状態から回収部材の傾斜部より上方の位置に基板保持手段に保持された基板の表面が位置する第２の状態へとなるように、基板保持手段と回収部材とを相対的に移動させ、第２の状態において第２供給手段によって基板保持手段に保持された基板の表面に薬液とは異なる純水を供給するので、簡易な構成で、回収部材の傾斜部の外側を洗浄でき、かつ基板の汚染源を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板処理装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】基板処理装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の基板処理装置の処理動作を示すフローチャートである。
【図４】基板処理装置の処理動作時におけるウエハと回収部材との位置関係を示す図である。
【図５】基板処理装置の処理動作時におけるウエハと回収部材との位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ スピンチャック
１１ 電動モータ
１３ スピンベース
１４ 保持部材
２０ 回収部材
２１ 傾斜部
２４ 外壁面
２６ 昇降機構
３０ ノズル
４０ チャンバ
４１ 搬出入口
５０ 制御部
Ｗ ウエハ
Ｈ１ 第１の位置（第２の状態）
Ｈ２ 第２の位置（第１の状態）

Claims (6)

1. 処理室内で基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
   前記処理室内で基板を保持する基板保持手段と、
   基板を保持している前記基板保持手段を回転させる第１駆動手段と、
   前記基板保持手段に保持された基板の表面に薬液を供給する第１供給手段と、
   基板の回転に伴って基板の外周に飛散した薬液を回収する傾斜部を有する回収部材と、
   前記基板保持手段の外周に前記回収部材の傾斜部が位置する第１の状態と前記回収部材の傾斜部より上方の位置に前記基板保持手段に保持された基板の表面が位置する第２の状態とになるように、前記基板保持手段と前記回収部材とを相対的に移動させる第２駆動手段と、
   前記第２の状態において前記基板保持手段に保持された基板の表面に純水を供給する第２供給手段と、
   前記回収部材と前記処理室の内壁面との間に形成された純水回収路と、
   前記第１駆動手段、前記第１供給手段、前記第２駆動手段、および前記第２供給手段を動作制御することにより、（ａ）前記第２の状態において第１の回転数で基板を回転させつつ純水を供給する純水洗浄処理と、（ｂ）前記第２の状態において純水を供給しつつ前記第１の回転数より低速の第２の回転数に基板の回転を減速させることにより、前記回収部材の前記傾斜部の外壁部に純水を供給して、前記純水回収路を介して純水を排出する傾斜部洗浄処理と、を行う制御部と、
   を備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記第１駆動手段は、前記第２の状態において前記第２供給手段によって基板の表面に純水を供給した後、前記第２の状態において基板を保持している前記基板保持手段を前記第１の回転数及び前記第２の回転数よりさらに高速の第３の回転数で回転させることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の基板処理装置であって、
   前記第２駆動手段は、前記基板保持手段に対して前記回収部材を上下方向に移動させることを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の基板処理装置であって、
   前記第２駆動手段は、前記回収部材に対して前記基板保持手段を上下方向に移動させることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記第１供給手段と前記第２供給手段と、は１つの供給手段で兼用されていることを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記処理室の側部には基板を搬送させるための開口を有しており、前記第２の状態にある前記基板保持手段と前記処理室の開口との高さが一致することを特徴とする基板処理装置。

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