JP3886770B2 - Wafer holding device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック製のウェハ保持部材と金属製の不活性ガス導入管とをロウ付けして接合して成るウェハ保持装置であって、半導体ウェハや液晶装置用のガラス基板等のウェハを保持し搬送するための静電チャックやサセプター等としてのウェハ保持装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体集積回路素子等の製造工程で半導体ウェハに成膜を行なうためのCVD(Chemical Vapor Deposition)装置や半導体ウェハに微細加工処理を施すためのドライエッチング装置において、ウェハ保持部材としてサセプターが用いられている。
【0003】
ウェハ保持部材が金属製であると、金属元素が半導体ウェハを汚染することから、近年ウェハ保持部材としてアルミナ(Al2O3)や窒化アルミニウム(AlN)等を主成分とするセラミック製のサセプターが用いられている。また、セラミック製の静電チャックを用いて半導体ウェハを吸着固定することも行われている。
【0004】
例えば、半導体集積回路素子等の製造工程で半導体ウェハに成膜を行なうCVD装置や半導体ウェハに微細加工処理を施すドライエッチング装置においては、図6に示すように半導体ウェハ21を載置し保持するためのサセプターや静電チャックと呼ばれる円盤状のセラミック製のウェハ保持部材11が使用される。ウェハ保持部材11は、上面に半導体ウェハ21を載置する載置面11aを有し、また下面11bに金属製の不活性ガス導入管(以下、導入管という)12がロウ付けで接合されている。この導入管12は、載置面11aにヘリウム(He)ガスなどを供給し、載置面11aと半導体ウェハ21との間の熱伝導性を向上させて半導体ウェハ21の熱分布を均一化するものである。また、導入管12に光ファイバを用いた測温素子を挿入し、載置面11aの温度を測定することも行われている。
【0005】
なお、ウェハ保持部材11の下面11bと導入管12とを接合する際には、これらをロウ材14によって接合している。セラミック製のウェハ保持部材11の下面11bに、予めモリブデン(Mo)−マンガン(Mn),タングステン(W)−マンガン(Mn),銅(Cu)−チタン(Ti),銀(Ag)−銅(Cu)−チタン(Ti)等のメタライズ層とそのメタライズ層上に被着されたニッケル(Ni)メッキ層の2層構造を有する金属層13を被着しておき、金属層13にロウ材14を介して導入管12が接合される。
【0006】
また、ウェハ保持部材11は、上面の半導体ウェハ21を載置する載置面11aを、下面11bに接合した導入管12と電気的に導通させることにより、載置面11a上の半導体ウェハ21の有無を金属製の導入管12を介して電気的に確認することが行われている。載置面11aと導入管12との間の導通は、ウェハ保持部材11の貫通孔11cの内面に金属層13を延出させることによって可能となる。
【0007】
また、ウェハ保持部材11と導入管12との接合部には、両部材の熱膨張差により接合時の応力が残留し、接合部が剥がれ易くなるという問題がある。この対策のために、導入管12の上端に形成された鍔部12aの裏面12bに、ウェハ保持部材11をなすセラミックスと熱膨張係数の近い材料から成る応力緩和用のセラミックリング15をロウ付け接合し、セラミック製保持部材11とセラミックリング15とで熱膨張係数の異なる金属製の導入管12を挟み込むことにより、ロウ付けの際に生じる応力が緩和できる。その結果、応力により導入管12がウェハ保持部材11から剥がれることを防止できる。
【0008】
また、導入管12の下端面には、ウェハ保持部材11との接合後に延長用の金属管16が溶接され、外部からの不活性ガスの導入が容易にできるようにされている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のウェハ保持装置において、導入管12は、金属層13のうち、ウェハ保持部材11の貫通孔11cの下面11b側開口の周囲にある金属層13aにロウ材14を介して接合される。この際、図4のように、貫通孔11cの下面11b側開口において、金属層13の厚みaはその表面張力により薄くなる。従って、金属管16の溶接時や運搬時等に導入管12に外力が加わると、金属層13の薄い箇所に応力が集中し、金属層13に厚さ方向のクラックが発生し金属層13が切れて導通不良が生じるという問題があった。
【0010】
また、図5に示すように貫通孔11cの下面11b側開口に平面的な面取り(C面)加工を施した場合にも、面取り部の金属層13は厚みaが薄くなって応力の集中し易い形状となり、上記の問題が発生する場合があった。
【0011】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、ウェハ保持部材のウェハの載置面と導入管との間の電気的な導通構造を改善し、載置面上のウェハの有無を電気的に確認することが長期にわたって良好にかつ高い信頼性でもってできるようにすることである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明のウェハ保持装置は、上面にウェハを載置する載置面を有するとともに上下面間を貫通する貫通孔が形成されているセラミック製のウェハ保持部材と、上端に鍔部が形成されているとともに該鍔部が前記貫通孔の前記下面側開口の周囲にロウ付けされて前記貫通孔に同軸状に接合されている金属製の不活性ガス導入管とを具備したウェハ保持装置において、前記貫通孔の前記下面側開口に円弧状曲面とされた面取り部が設けられており、前記載置面と前記不活性ガス導入管とを電気的に導通させる金属層が、前記貫通孔の内面から前記面取り部を介して前記下面側開口の周囲にかけて連続して設けられていることを特徴とする。
好ましくは、本発明のウェハ保持装置において、前記面取り部は、曲率半径が1mm以上でウェハ保持部材の厚み以下の円弧状曲面であることを特徴とする。
好ましくは、本発明のウェハ保持装置において、前記不活性ガス導入管が前記ウェハ保持部材にロウ付けされる前記鍔部の裏面に、セラミックリングがロウ付けされていることを特徴とする。
【0013】
本発明は、上記の構成により、ウェハ保持部材のウェハの載置面と不活性ガス導入管の導通構造が改善され、載置面上のウェハの有無を電気的に確認することが長期にわたって良好にできるようになるという作用効果を有する。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明のウェハ保持装置について以下に詳細に説明する。図1は本発明のウェハ保持装置について実施の形態の一例を示す断面図である。図1において、11はウェハ保持部材、11aはウェハ保持部材11の上面のウェハの載置面、11bはウェハ保持部材11の下面であり導入管が接合される側の面である。また、11cはウェハ保持部材11の上下面間を貫通するガス導入用の貫通孔、12は導入管、13は金属層、13aは導入管12の鍔部12aに接合される金属層、13bは貫通孔11c内面の金属層である。また、14はロウ材、15は応力緩和用のセラミックリングである。なお、本発明を示す図1〜図3において図6と同じ部分には同じ符号を付している。
【0015】
本発明のウェハ保持装置は、上面にウェハを載置する載置面11aを有するとともに上下面間を貫通する貫通孔11cが形成されているセラミック製のウェハ保持部材11と、上端に鍔部12aが形成されているとともに鍔部12aが貫通孔11cの下面11b側開口の周囲にロウ付けされて貫通孔11cに同軸状に接合されている金属製の導入管12と、導入管12の上端部を囲むように鍔部12aの裏面にロウ付けされたセラミックリング15とを具備した基本構成である。
【0016】
そして、図1に示すように、ウェハ保持部材11はセラミックスからなる円盤状であり、上面にSi,GaAs等の半導体ウェハや液晶用ガラス基板等のウェハを載置する平坦な載置面11aを有し、載置面11aと下面11bとを連通する貫通孔11cを有している。ウェハ保持部材11の下面11bで貫通孔11cの下面11b側開口の周囲に、導入管12の鍔部12aがロウ付け接合される。ウェハ保持部材11と導入管12との具体的な接合構造は、ウェハ保持部材11の下面11bにメタライズ層と金属メッキ層の2層構造を有する金属層13aを形成しておき、ロウ材14により導入管12上端の鍔部12aをロウ付けして成る構造である。
【0017】
そして、ウェハ保持部材11の載置面11aにウェハを載置し、導入管12よりヘリウム(He)等の不活性ガスを導入すると、載置面11aに形成された多数の溝等に不活性ガスが溜り、ウェハと載置面11aとの間の熱伝達性が向上し、ウェハに大きな熱分布が発生するのを抑制することができる。
【0018】
ウェハ保持部材11と導入管12との接合は平面同士の接合であり、広い範囲でのロウ材14の充填が可能であり、ガスのリーク防止に対し大きな効果が得られる。
【0019】
また、ウェハ保持部材11にロウ付けされる導入管12の鍔部12a(接合部)の厚みtは0.1〜1mmがよく、鍔部12aの幅dは1mm以上であることが好ましい。tが1mmを超えると、ロウ付け時に鍔部12aの変形が起こりにくくなり応力緩和が不十分になるため、ウェハ保持部材11に生じる応力が大きくなってセラミック製のウェハ保持部材11が破壊されやすくなる。tが0.1mm未満では、鍔部12aの強度が不足することとなる。また、dが1mm未満では、接合による気密性が不十分となり不活性ガスが漏れやすくなる。
【0020】
導入管12の材質は、セラミックスの熱膨張率と近い金属材料であることから、Fe−Ni−Co合金,Mo,Pt,Ti,Nbなどがよい。
【0021】
ロウ材14の材質は、高温(400〜600℃)中で溶融や液化を生じないものがよく、Ag−Cu合金系,Ag系,Au系等のロウ材がよい。
【0022】
ウェハ保持部材11の材質は、アルミナ(Al2O3),窒化アルミニウム(AlN),ジルコニア(ZrO2)、炭化珪素(SiC)、窒化珪素(Si3N4)のうちの一種以上を主成分とするセラミックスである。特に、耐プラズマ性の点から、99重量%以上の高純度のアルミナを主成分とし、二酸化珪素(SiO2),酸化マグネシウム(MgO),酸化カルシウム(CaO)等の焼結助剤を含有するアルミナセラミックス、窒化アルミニウムを主成分とし周期律表の第2a族元素酸化物や第3a族元素酸化物を0.5〜20重量%の範囲で含有する窒化アルミニウム質セラミックス、99重量%以上のAlNを主成分とする高純度窒化アルミニウム質セラミックスのいずれかが好適である。これらは、金属材料と違い化学反応しにくいため、金属元素による半導体ウェハへの汚染を低減できるという利点がある。
【0023】
さらに、導入管12の鍔部12aの裏面12bには応力緩和用のセラミックリング15をロウ付け接合している。具体的には、ウェハ保持部材11と導入管12とのロウ付けと同様に、セラミックリング15の上面に金属層13を形成しておき、ロウ材14により導入管12の鍔部12aの裏面12bにロウ付けする。
【0024】
本発明において、貫通孔11cは下面11b側開口に曲率半径1mm以上でウェハ保持部材11の厚み以下である円弧状曲面とされた面取り部A(図2)が設けられており、セラミックリング15の内周面と面取り部Aの下面11b側の始点P(図3)との径方向における距離が2mm以下である。
【0025】
即ち、図2に示すように、貫通孔11cの下面11b側開口が円弧状曲面となるように面取りされていることにより、金属層13の厚みが貫通孔11cの下面11b側開口で薄くなることはなく、全体的に均一とすることができる。その結果、金属管16の溶接時や運搬時等に導入管12に外力が加わった際に、金属層13の薄い箇所に応力が集中することが解消され、金属層13に厚さ方向のクラックが発生し金属層13が切れて導通不良が生じるということがなくなる。
【0026】
貫通孔11cの下面11b側開口の面取り部Aの曲率半径が1mm未満では、金属層13を形成するための導体ペーストを塗布した際に、その表面張力によって面取り部の金属層13の厚さが薄くなり、厚さのばらつきが発生し易くなる。また、面取り部Aがウェハ保持部材11の厚みを超える曲率半径である場合、貫通孔11cの載置面11a側開口において貫通孔11c内面と載置面11aとのなす角度が鋭角となり、貫通孔11cの載置面11a側開口部の強度が不足し欠け等が発生し易くなる。
【0027】
また、メタライズ層と金属メッキ層の2層構造を有する金属層13は、その厚みが5〜30μmであることが好ましい。5μmより薄い場合、ロウ材14の浸食により金属層13の密着強度が低下するため、不活性ガスの漏れが発生し易くなる。30μmより厚いと、金属層13とセラミックスとの熱膨張係数差により金属層13に加わる応力が大きくなり、金属層13に亀裂が生じ易くなる。この金属層13は、Mo−Mn,W−Mn,Cu−Ti,Ag−Cu−Ti等から成るメタライズ層とNiメッキ層の2層構造で形成されている。
【0028】
また、図3は導入管12の上端部のロウ付け部を拡大した拡大断面図であり、導入管12の鍔部12aの裏面12bには応力緩和用のセラミックリング15がロウ付け接合されている。セラミックリング15は、ウェハ保持部材11を成すセラミックスと熱膨張係数が同じか近似したアルミナセラミックス,窒化アルミニウムセラミックス等のセラミック材料から成るのがよい。このセラミックリング15は、ウェハ保持部材11とで熱膨張の異なる導入管12を挟み込むことにより、ロウ付けの際に生じる応力を緩和でき、導入管12がウェハ保持部材11から剥がれることを防止できる。特に、セラミックリング15がウェハ保持部材11と同じセラミックスであることが好適である。
【0029】
本発明では、セラミックリング15の内周面と貫通孔11cの面取り部Aの下面11b側の始点P(図3)との径方向における距離が2mm以下である。つまり、図3に示すように、セラミックリング15の内径R1と、面取り部Aの下面11b側のある始点Pおよびそれに対して貫通孔11cの中心に対称な位置にある他の始点Pを結んだ直線で決まる直径R2との差が4mm以下、即ち一方の始点Pにおける差が2mm以下である。2mmを超えると、ウェハ保持部材11とセラミックリング15とで導入管12を挟み込むことによるロウ付け時の応力の緩和が不十分になる。
【0030】
また、セラミックリング15の外径と導入管12の鍔部12aの外径との差が2mm以下であることが好ましい。セラミックリング15の外径が導入管12の鍔部12aの外径より2mmを超えて小さくなると、セラミックリング15で導入管12を挟み込むことによるロウ付け時の応力の緩和が不十分になる。また、セラミックリング15の外径が導入管12の鍔部12aの外径より2mmを超えて大きくなると、ウェハ保持部材11の下面11bとセラミックリング15との間にロウ材が流出して塊、所謂ロウ材溜まりが形成され、ウェハ保持部材11やセラミックリング15が破損し易くなる。このようなロウ材溜まりの形成を効果的に防ぐには、セラミックリング15の鍔部12aの外周端に面取り加工を施すことが好ましく、ロウ材の滑らかなメニスカスを形成させることができて応力が緩和される。
【0031】
また、セラミックリング15の厚みは1mm以上が良い。1mm未満では、ロウ付け時の応力緩和の効果が不十分となり、より好ましくは5mm以上が良い。上限については特に制約はないが実用的な構造上許容される範囲内とすれば良い。
【0032】
なお、本発明のウェハ保持装置は、半導体の製造工程で半導体ウェハを保持する際に好適に使用することができるが、この他に液晶表示装置の製造工程における液晶用ガラス基板などの各種ウェハについても使用できる。
【0033】
【発明の効果】
本発明は、上面にウェハを載置する載置面を有するとともに上下面間を貫通する貫通孔が形成されているセラミック製のウェハ保持部材と、上端に鍔部が形成されているとともに鍔部が貫通孔の下面側開口の周囲にロウ付けされて貫通孔に同軸状に接合されている金属製の導入管とを具備し、貫通孔の下面側開口に曲率半径が1mm以上でウェハ保持部材の厚み以下である円弧状曲面とされた面取り部が設けられており、載置面と不活性ガス導入管とを電気的に導通させる金属層が、貫通孔の内面から面取り部を介して下面側開口の周囲にかけて連続して設けられていることにより、ウェハ保持部材のウェハの載置面と導入管の導通構造が改善され、載置面上のウェハの有無を電気的に確認することが長期にわたって良好にできるようになるという作用効果を有する。
【0034】
即ち、導入管の鍔部を貫通孔の下面側開口の周囲にロウ付けするための金属層形成用の導体ペーストが、その表面張力により貫通孔の下面側開口で厚みが薄くなることが解消されて金属層の厚みが均一となる。そのため、金属層の薄い箇所への応力集中をなくして金属層の切断による導通不良の発生を防止することができる。従って、ウェハ保持部材の載置面と導入管との間で良好な導通特性を実現でき、載置面上のウェハの有無を電気的に検出することが長期にわたって良好にかつ高い信頼性でもってできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のウェハ保持装置について実施の形態の例を示す断面図である。
【図2】図1のウェハ保持装置におけるウェハ保持部材の貫通孔の下面側開口部の拡大断面図である。
【図3】図1のウェハ保持装置における導入管のロウ付け部の拡大断面図である。
【図4】従来のウェハ保持装置におけるウェハ保持部材の貫通孔の下面側開口部の拡大断面図である。
【図5】従来の他のウェハ保持装置におけるウェハ保持部材の貫通孔の下面側開口部の拡大断面図である。
【図6】従来のウェハ保持装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
11:ウェハ保持部材
11a:載置面
11b:下面
11c:貫通孔
12:不活性ガス導入管
12a:鍔部
12b:鍔部の裏面
13,13a,13b:金属層
14:ロウ材
15:セラミックリング
16:金属管
21:半導体ウェハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a wafer holding device formed by brazing a ceramic wafer holding member and a metal inert gas introducing pipe and holding the wafer, such as a semiconductor wafer or a glass substrate for a liquid crystal device. The present invention relates to a wafer holding device as an electrostatic chuck, a susceptor, etc.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a susceptor is used as a wafer holding member in a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus for forming a film on a semiconductor wafer in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit element or the like, or in a dry etching apparatus for performing fine processing on a semiconductor wafer. It has been.
[0003]
If the wafer holding member is made of metal, the metal element contaminates the semiconductor wafer. In recent years, a ceramic susceptor mainly composed of alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN) or the like has been used as the wafer holding member. It is used. Also, a semiconductor wafer is attracted and fixed using a ceramic electrostatic chuck.
[0004]
For example, in a CVD apparatus for forming a film on a semiconductor wafer in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit element or the like and a dry etching apparatus for performing fine processing on a semiconductor wafer, the semiconductor wafer 21 is placed and held as shown in FIG. For this purpose, a disc-shaped ceramic
[0005]
When the lower surface 11 b of the
[0006]
Further, the
[0007]
In addition, there is a problem in that the stress at the time of bonding remains in the bonded portion between the
[0008]
Further, an extension metal tube 16 is welded to the lower end surface of the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional wafer holding apparatus, the
[0010]
In addition, as shown in FIG. 5, even when planar chamfering (C surface) processing is performed on the opening on the lower surface 11b side of the through hole 11c, the
[0011]
Therefore, the present invention has been completed in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to improve the electrical conduction structure between the wafer mounting surface of the wafer holding member and the introduction tube, and to mount the wafer. It is to be able to confirm the presence / absence of a wafer on the mounting surface with good and high reliability over a long period of time.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The wafer holding device of the present invention has a ceramic wafer holding member having a mounting surface on which an upper surface is mounted and a through hole penetrating between the upper and lower surfaces, and a flange formed at the upper end. in a wafer holding device the collar portion is provided with said lower surface side opening of brazed around a metal that is joined coaxially to the through hole inert gas inlet tube of the through-hole with there, the wherein the through hole is chamfered portion that is circularly arcuate curved surface on the bottom side opening is provided, and a front mounting surface wherein the inert gas introduction pipe metal layer for electrically conducting is from the inner surface of the through hole characterized that you have provided continuously over the periphery of the lower surface opening through said chamfered portion.
Preferably, in the wafer holding device of the present invention, the chamfered portion is an arcuate curved surface having a radius of curvature of 1 mm or more and a thickness of the wafer holding member or less.
Preferably, in the wafer holding device of the present invention, a ceramic ring is brazed to the back surface of the flange portion where the inert gas introduction pipe is brazed to the wafer holding member.
[0013]
In the present invention, the above structure improves the conduction structure between the wafer mounting surface of the wafer holding member and the inert gas introduction tube, and it is good for a long time to electrically check the presence or absence of the wafer on the mounting surface. It has the effect of becoming able to.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The wafer holding apparatus of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a wafer holding device of the present invention. In FIG. 1,
[0015]
The wafer holding apparatus of the present invention includes a ceramic
[0016]
As shown in FIG. 1, the
[0017]
Then, when a wafer is placed on the placement surface 11a of the
[0018]
The
[0019]
Further, the thickness t of the
[0020]
Since the material of the
[0021]
The material of the
[0022]
The material of the
[0023]
Furthermore, a stress-reducing
[0024]
In the present invention, the through hole 11c is provided with a chamfered portion A (FIG. 2) having an arcuate curved surface having a radius of curvature of 1 mm or more and less than the thickness of the
[0025]
That is, as shown in FIG. 2, the thickness of the
[0026]
If the curvature radius of the chamfered portion A of the opening on the lower surface 11b side of the through hole 11c is less than 1 mm, the thickness of the
[0027]
Moreover, it is preferable that the thickness of the
[0028]
3 is an enlarged cross-sectional view in which the brazing portion at the upper end portion of the
[0029]
In the present invention, the radial distance between the inner peripheral surface of the
[0030]
In addition, the difference between the outer diameter of the
[0031]
The thickness of the
[0032]
The wafer holding device of the present invention can be suitably used when holding a semiconductor wafer in a semiconductor manufacturing process. In addition to this, various wafers such as a glass substrate for liquid crystal in a manufacturing process of a liquid crystal display device. Can also be used.
[0033]
【The invention's effect】
The present invention includes a ceramic wafer holding member having a mounting surface for mounting a wafer on an upper surface and a through-hole penetrating between upper and lower surfaces, and a flange portion having a flange portion formed on an upper end. wafer holding member but includes a lower surface metal inlet tube is joined coaxially brazed in the through-hole around the opening of the through hole, the lower surface side opening of the through-hole radius of curvature 1mm or more A chamfered portion having an arcuate curved surface that is less than or equal to the thickness of the metal layer is provided. the Rukoto provided continuously over the circumference of the side opening, conducting structure of the introduction tube and the mounting surface of the wafer on the wafer holding member is improved, can be confirmed electrically presence of the wafer on the mounting surface To be good over the long term It has an action effect say.
[0034]
That is, the conductive paste for forming the metal layer for brazing the flange portion of the introduction pipe around the opening on the lower surface side of the through-hole eliminates the fact that the thickness of the conductor paste on the lower surface side of the through-hole is reduced due to the surface tension. Thus, the thickness of the metal layer becomes uniform. For this reason, it is possible to prevent stress concentration on the thin portion of the metal layer and prevent the occurrence of poor conduction due to the cutting of the metal layer. Therefore, it is possible to realize good conduction characteristics between the mounting surface of the wafer holding member and the introduction tube, and to electrically detect the presence or absence of the wafer on the mounting surface with good and high reliability over a long period of time. become able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a wafer holding device of the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view of a lower surface side opening of a through hole of a wafer holding member in the wafer holding device of FIG. 1;
3 is an enlarged cross-sectional view of a brazing portion of an introduction pipe in the wafer holding device of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a lower surface side opening of a through hole of a wafer holding member in a conventional wafer holding apparatus.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a lower surface side opening of a through hole of a wafer holding member in another conventional wafer holding device.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a conventional wafer holding device.
[Explanation of symbols]
11: Wafer holding member 11a: mounting surface 11b: lower surface 11c: through hole 12: inert
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