JP6456712B2 - 基板保持機構及びこれを用いた基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板保持機構及びこれを用いた基板処理装置に関する。
従来から、真空容器内に設けた回転テーブルに複数の基板を、周方向に配置された複数の凹部に夫々載置し、回転テーブルを回転させることにより基板を処理ガスの供給位置に順次通過させて基板上に薄膜を形成する成膜装置が知られている。かかる成膜装置において、基板が通過する領域における圧力差により回転テーブルから飛び出すことを防止すべく、基板載置領域の周縁に基板の周方向に沿ってリング状に形成されたリング部材を、回転テーブルを貫通して昇降自在な昇降ピンに固定し、基板を凹部内に搬送した後、昇降ピンを降下してリング部材を基板の表面周縁部に接する位置あるいはわずかに上方位置に置き、基板が浮上しようとしたときに係止して飛び出しを防ぐようにした構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、有機金属化合物の原料ガスを用いて被処理体Ｗの表面に薄膜を形成する成膜装置において、処理容器と、加熱ヒータが設けられた載置台と、載置台に対向させて設けられたガス導入手段とを備えるとともに、載置台本体の外側面にリング状のシールドリングを遊嵌状態で着脱可能に設け、載置台本体の側壁への成膜とともに、半導体ウェーハの裏面への成膜を防止するようにした成膜装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
このように、成膜装置において、基板が基板載置領域又は基板載置台から浮上したまま成膜処理を行うと、回転テーブルを用いて成膜を行う成膜装置では基板が飛び出してしまうおそれがあり、また、回転テーブル式の成膜装置でない場合であっても、基板の裏面に不要な成膜がなされてしまうおそれがあるため、上述の特許文献１、２では、それらを防ぐ構成を採用している。
特開２０１１−１５１３８７号公報 特開２０１１−１９０５１９号公報
しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、リング部材が基板の表面周縁部の一部を覆ってしまうため、リング部材が設けられた箇所の成膜が不十分となったり、また、成膜のため供給されるガス流がリング部材の存在により変化したりし、成膜全体に悪影響を及ぼす場合があるという問題があった。
また、特許文献２に記載の構成は、特許文献１のような回転テーブル式の成膜装置では、回転テーブルの回転により基板が飛び出してしまうため、回転テーブル式の成膜装置にそのまま採用することはできないという問題があった。
そこで、本発明は、基板表面を完全に露出した状態で、基板の浮き上がりを確実に防止して基板を保持できる基板保持機構及びこれを用いた基板処理装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る基板保持機構は、サセプタ上の所定の基板保持領域上に基板を保持する基板保持機構であって、
前記基板保持領域の周囲に設けられ、前記基板保持領域の外側から内側に回転することにより前記基板保持領域上に載置された前記基板の側面部に所定の接触面で接触可能な基板保持部材と、
該基板保持部材に連結された連結部材と、
該基板保持部材に、前記基板の側面部に接触することにより前記基板を保持可能な内側方向への付勢力を、前記連結部材を介して付与する付勢手段と、
前記連結部材に連結された押圧部材と、
該押圧部材を押圧し、前記付勢手段の前記付勢力に抗する力を前記基板保持部材に前記連結部材を介して付与することにより、前記基板を鉛直方向に持ち上げ可能な、前記基板保持部材の前記所定の接触面が前記基板保持領域の面に対して略９０度に開いた状態に前記基板保持部材を開放可能な開放部材と、
前記開放部材による前記押圧部材の押圧による移動範囲を規制する規制手段と、を有し、
該規制手段により前記基板保持部材の開放角度を規制する。
本発明によれば、基板表面の全域を露出した状態でありながら、基板を確実に固定保持することができる。
本発明の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。 図１の基板処理装置の内部の概略構成に示す斜視図である。 図１の基板処理装置の平面図である。 図１の基板処理装置における供給領域及び分離領域の一例を示す断面図である。 図１の成膜装置の他の断面図である。 図１の成膜装置の別の断面図である。 図１の成膜装置の一部破断斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板保持機構の一例を示した図である。図８（ａ）は、本発明の実施形態に係る基板保持機構のウェーハを載置部上に載置する前の状態を示した図である。図８（ｂ）は、本発明の実施形態に係る基板保持機構のウェーハを保持した状態を示した図である。 本発明の実施形態に係る基板保持機構の一例の基板保持部材の接触面の平面形状を示した図である。 本発明の実施形態に係る基板保持機構の一例の基板保持部材の接触面の垂直断面形状を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る基板保持機構の一例の基板保持部材の接触面の垂直断面形状の拡大図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。まず、本発明の実施形態に係る基板保持機構を搭載するのに好適な本発明の実施形態に係る基板処理装置の全体構成について説明する。本実施形態に係る基板保持機構及び基板処理装置は、基板の保持が必要な種々の基板処理装置に適用可能であるが、本実施形態では、本実施形態に係る基板処理装置を成膜装置として構成した例を挙げて説明する。
本発明の実施形態による成膜装置は、図１（図３のＡ−Ａ線に沿った断面図）及び図２に示すように、概ね円形の平面形状を有する扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備える。真空容器１は、容器本体１２と、これから分離可能な天板１１とから構成されている。天板１１は、例えばＯリングなどの封止部材１３を介して容器本体１２に取り付けられ、これにより真空容器１が気密に密閉される。天板１１及び容器本体１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で作製することができる。真空容器１は、その内部でウェーハＷの処理を行うので、処理室と呼んでもよい。
図１を参照すると、回転テーブル２は、中央に円形の開口部を有しており、開口部の周りで円筒形状のコア部２１により上下から挟まれて保持されている。コア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は容器本体１２の底面部１４を貫通し、その下端が当該回転軸２２を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。この構成により、回転テーブル２はその中心軸を回転中心として回転することができる。なお、回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分を介して真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、これにより、ケース体２０の内部雰囲気が外部雰囲気から隔離されている。
図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上面に、それぞれウェーハＷが載置される複数（図示の例では５つ）の円形凹部状の載置部２４が等角度間隔で形成されている。ただし、図３ではウェーハＷを１枚のみを示している。
図２及び図３に示すように、載置部２４の周囲には、基板保持機構１２０が設けられる。基板保持機構１２０は、ウェーハＷを保持するための機構であり、回転テーブル２が回転しても、ウェーハＷが載置部２４から飛び出さないようにウェーハＷを固定保持する。なお、基板保持機構１２０の詳細については、図８以降でより詳細に説明する。
図４を参照すると、載置部２４と載置部２４に載置されたウェーハＷとの断面が示されている。図示のとおり、載置部２４は、ウェーハＷの直径よりも僅かに（例えば４ｍｍ）大きい直径と、ウェーハＷの厚さに等しい深さとを有している。載置部２４の深さとウェーハＷの厚さがほぼ等しいため、ウェーハＷが載置部２４に載置されたとき、ウェーハＷの表面は、回転テーブル２の載置部２４を除く領域の表面とほぼ同じ高さになる。仮に、ウェーハＷとその領域との間に比較的大きい段差があると、その段差によりガスの流れに乱流が生じ、ウェーハＷ上での膜厚均一性が影響を受ける。この影響を低減するため、２つの表面がほぼ同じ高さにある。「ほぼ同じ高さ」は、高さの差が約５ｍｍ以下であって良いが、加工精度が許す範囲でできるだけゼロに近いと好ましい。
図２から図４を参照すると、回転テーブル２の回転方向（例えば図３の矢印ＲＤ）に沿って互いに離間した２つの凸状部４が設けられている。図２及び図３では天板１１を省略しているが、凸状部４は、図４に示すように天板１１の下面に取り付けられている。また、図３から分かるように、凸状部４は、ほぼ扇形の上面形状を有しており、その頂部は真空容器１のほぼ中心に位置し、円弧は容器本体１２の内周壁に沿って位置している。さらに、図４に示すように、凸状部４は、その下面４４が回転テーブル２から高さｈ１に位置するように配置される。
また、図３及び図４を参照すると、凸状部４は、凸状部４が二分割されるように半径方向に延びる溝部４３を有し、溝部４３には分離ガスノズル４１（４２）が収容されている。溝部４３は、本実施形態では、凸状部４を二等分するように形成されるが、他の実施形態においては、例えば、凸状部４における回転テーブル２の回転方向上流側が広くなるように溝部４３を形成しても良い。分離ガスノズル４１（４２）は、図３に示すように、容器本体１２の周壁部から真空容器１内へ導入され、その基端部であるガス導入ポート４１ａ（４２ａ）を容器本体１２の外周壁に取り付けることにより支持されている。
分離ガスノズル４１（４２）は、分離ガスのガス供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスはチッ素（Ｎ２）ガスや不活性ガスであって良く、また、成膜に影響を与えないガスであれば、分離ガスの種類は特に限定されない。本実施形態においては、分離ガスとしてＮ２ガスが利用される。また、分離ガスノズル４１（４２）は、回転テーブル２の表面に向けてＮ２ガスを吐出するための吐出孔４０（図４）を有している。吐出孔４０は、長さ方向に所定の間隔で配置されている。本実施形態においては、吐出孔４０は、約０．５ｍｍの口径を有し、分離ガスノズル４１（４２）の長さ方向に沿って約１０ｍｍの間隔で配列されている。
以上の構成により、分離ガスノズル４１とこれに対応する凸状部４とにより、分離空間Ｈを画成する分離領域Ｄ１が提供される。同様に、分離ガスノズル４２とこれに対応する凸状部４とにより、分離空間Ｈを画成する分離領域Ｄ２が提供される。また、分離領域Ｄ１に対して回転テーブル２の回転方向下流側には、分離領域Ｄ１，Ｄ２と、回転テーブル２と、天板１１の下面４５（以下、天井面４５）と、容器本体１２の内周壁とで概ね囲まれる第１の領域４８Ａ（第１の供給領域）が形成されている。さらに、分離領域Ｄ１に対して回転テーブル２の回転方向上流側には、分離領域Ｄ１，Ｄ２と、回転テーブル２と、天井面４５と、容器本体１２の内周壁とで概ね囲まれる第２の領域４８Ｂ（第２の供給領域）が形成されている。分離領域Ｄ１，Ｄ２において、分離ガスノズル４１，４２からＮ２ガスが吐出されると、分離空間Ｈは比較的高い圧力となり、Ｎ２ガスは分離空間Ｈから第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂへ向かって流れる。言い換えると、分離領域Ｄ１，Ｄ２における凸状部４は、分離ガスノズル４１，４２からのＮ２ガスを第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂへ案内する。
また、図２及び図３を参照すると、第１の領域４８Ａにおいて容器本体１２の周壁部から回転テーブル２の半径方向に処理ガスノズル３１が導入され、第２の領域４８Ｂにおいて容器本体１２の周壁部から回転テーブルの半径方向に処理ガスノズル３２が導入されている。これらの処理ガスノズル３１，３２は、分離ガスノズル４１，４２と同様に、基端部であるガス導入ポート３１ａ，３２ａを容器本体１２の外周壁に取り付けることにより支持されている。なお、処理ガスノズル３１，３２は、半径方向に対して所定の角度をなすように導入されてもよい。
また、処理ガスノズル３１，３２は、回転テーブル２の上面（ウェーハの載置部２４がある面）に向けて処理ガスを吐出するための複数の吐出孔３３を有している（図４参照）。本実施形態においては、吐出孔３３は約０．５ｍｍの口径を有し、処理ガスノズル３１，３２の長さ方向に沿って約１０ｍｍの間隔で配列されている。
図示を省略するが、処理ガスノズル３１は、第１の処理ガスのガス供給源に接続され、処理ガスノズル３２は、第２の処理ガスのガス供給源に接続されている。第１の処理ガス及び第２の処理ガスとしては後に述べる組み合わせを始めとして種々のガスを使用できるが、本実施形態においては、第１の処理ガスとしてビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガスが利用され、第２の処理ガスとしてオゾン（Ｏ３）ガスが利用される。また、以下の説明において、処理ガスノズル３１の下方の領域を、ＢＴＢＡＳガスをウェーハに吸着させるための処理領域Ｐ１といい、処理ガスノズル３２の下方の領域を、Ｏ３ガスをウェーハに吸着したＢＴＢＡＳガスと反応（酸化）させるための処理領域Ｐ２という場合がある。
再び図４を参照すると、分離領域Ｄ１には平坦な低い天井面４４があり（図示していないが分離領域Ｄ２においても同様）、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂには、天井面４４よりも高い天井面４５がある。このため、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂの容積は、分離領域Ｄ１，Ｄ２における分離空間Ｈの容積よりも大きい。また、後述するように、本実施形態による真空容器１には、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂをそれぞれ排気するための排気口６１，６２が設けられている。これらにより、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂを、分離領域Ｄ１，Ｄ２の分離空間Ｈに比べて低い圧力に維持することができる。この場合、第１の領域４８Ａにおいて処理ガスノズル３１から吐出されるＢＴＢＡＳガスは、分離領域Ｄ１，Ｄ２の分離空間Ｈの圧力が高いため、分離空間Ｈを通り抜けて第２の領域４８Ｂへ到達することができない。また、第２の領域４８Ｂにおいて処理ガスノズル３２から吐出されるＯ３ガスは、分離領域Ｄ１，Ｄ２の分離空間Ｈの圧力が高いため、分離空間Ｈを通り抜けて第１の領域４８Ａへ到達することができない。したがって、両処理ガスは、分離領域Ｄ１，Ｄ２により分離され、真空容器１内の気相中で混合されることは殆ど無い。
なお、低い天井面４４の回転テーブル２の上面から測った高さｈ１（図４）は、分離ガスノズル４１（４２）からのＮ２ガスの供給量にもよるが、分離領域Ｄ１，Ｄ２の分離空間Ｈの圧力を第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂの圧力よりも高くできるように設定される。高さｈ１は例えば０．５ｍｍから１０ｍｍであると好ましく、できる限り小さくすると更に好ましい。ただし、回転テーブル２の回転ぶれによって回転テーブル２が天井面４４に衝突するのを避けるため、高さｈ１は３．５ｍｍから６．５ｍｍ程度であって良い。また、凸状部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４２（４１）の下端から回転テーブル２の表面までの高さｈ２（図４）も同様に０．５ｍｍ〜４ｍｍであって良い。
以上の構成を有する分離領域Ｄ１，Ｄ２によれば、回転テーブル２が例えば約２４０ｒｐｍの回転速度で回転した場合であっても、ＢＴＢＡＳガスとＯ３ガスとをより確実に分離することができる。
図１、図２、及び図３を再び参照すると、コア部２１を取り囲むように天板１１の下面に取り付けられた環状の突出部５が設けられている。突出部５は、コア部２１よりも外側の領域において回転テーブル２と対向している。本実施形態においては、図６に明瞭に示すように、空間５０の下面の回転テーブル２からの高さｈ１５は、空間Ｈの高さｈ１よりも僅かに低い。これは、回転テーブル２の中心部近傍での回転ぶれが小さいためである。具体的には、高さｈ１５は１．０ｍｍから２．０ｍｍ程度であって良い。なお、他の実施形態においては、高さｈ１５とｈ１は等しくても良く、また、突出部５と凸状部４は一体に形成されても、別体として形成されて結合されても良い。なお、図２及び図３は、凸状部４を真空容器１内に残したまま天板１１を取り外した真空容器１の内部を示している。
図１の約半分の拡大図である図５を参照すると、真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されており、これにより、天板１１とコア部２１との間の空間５２にＮ２ガスが供給される。この空間５２に供給されたＮ２ガスにより、突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０は、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂに比べて高い圧力に維持され得る。このため、第１の領域４８Ａにおいて処理ガスノズル３１から吐出されるＢＴＢＡＳガスは、圧力の高い隙間５０を通り抜けて第２の領域４８Ｂへ到達することができない。また、第２の領域４８Ｂにおいて処理ガスノズル３２から吐出されるＯ３ガスは、圧力の高い隙間５０を通り抜けて第１の領域４８Ａへ到達することができない。したがって、両処理ガスは、隙間５０により分離され、真空容器１内の気相中で混合されることは殆ど無い。すなわち、本実施形態の成膜装置においては、ＢＴＢＡＳガスとＯ３ガスとを分離するために回転テーブル２の回転中心部と真空容器１とにより画成され、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂよりも高い圧力に維持される中心領域Ｃが設けられている。
図６は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図の約半分を示し、ここには凸状部４と、凸状部４と一体に形成された突出部５が図示されている。図示のとおり、凸状部４は、その外縁においてＬ字状に屈曲する屈曲部４６を有している。屈曲部４６は、回転テーブル２と容器本体１２との間の空間を概ね埋めており、処理ガスノズル３１からのＢＴＢＡＳガスと処理ガスノズル３２からのＯ３ガスとがこの隙間を通して混合するのを阻止する。屈曲部４６と容器本体１２との間の隙間、及び屈曲部４６と回転テーブル２との間の隙間は、例えば、回転テーブル２から凸状部４の天井面４４までの高さｈ１とほぼ同一であって良い。また、屈曲部４６があるため、分離ガスノズル４１，４２（図３）からのＮ２ガスは、回転テーブル２の外側に向かっては流れ難い。よって、分離領域Ｄ１，Ｄ２から第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８ＢへのＮ２ガスの流れが促進される。なお、屈曲部４６の下方にブロック部材７１ｂを設ければ、分離ガスが回転テーブル２の下方まで流れるのを更に抑制することができるため、更に好ましい。
なお、屈曲部４６と回転テーブル２との間の隙間は、回転テーブル２の熱膨張を考慮し、回転テーブル２が後述のヒータユニットにより加熱された場合に、上記の間隔（ｈ１程度）となるように設定することが好ましい。
一方、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂにおいて、容器本体１２の内周壁は、図３に示すように外方側に窪み、排気領域６が形成されている。この排気領域６の底部には、図３及び図５に示すように、例えば排気口６１，６２が設けられている。これら排気口６１，６２は各々排気管６３を介して真空排気装置である例えば共通の真空ポンプ６４に接続されている。これにより、主に第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂが排気され、したがって、上述の通り、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂの圧力が分離領域Ｄ１，Ｄ２の分離空間Ｈの圧力よりも低くすることができる。
また、図３を参照すると、第１の領域４８Ａに対応する排気口６１は、回転テーブル２の外側（排気領域６）において処理ガスノズル３１の下方に位置している。これにより、処理ガスノズル３１の吐出孔３３（図４）から吐出されるＢＴＢＡＳガスは、回転テーブル２の上面に沿って、処理ガスノズル３１の長手方向に排気口６１へ向かって流れることができる。このような配置による利点については、後述する。
再び図１を参照すると、排気管６３には圧力調整器６５が設けられ、これにより真空容器１内の圧力が調整される。複数の圧力調整器６５を、対応する排気口６１，６２に対して設けてもよい。また、排気口６１，６２は、排気領域６の底部（真空容器１の底部１４）に限らず、真空容器の容器本体１２の周壁部に設けても良い。また、排気口６１，６２は、排気領域６における天板１１に設けても良い。ただし、天板１１に排気口６１，６２を設ける場合、真空容器１内のガスが上方へ流れるため、真空容器１内のパーティクルが巻き上げられて、ウェーハＷが汚染されるおそれがある。このため、排気口６１，６２は、図示のように底部に設けるか、容器本体１２の周壁部に設けると好ましい。また、排気口６１，６２を底部に設ければ、排気管６３、圧力調整器６５、及び真空ポンプ６４を真空容器１の下方に設置することができるため、成膜装置のフットプリントを縮小する点で有利である。
図１、及び図５から図８に示すように、回転テーブル２と容器本体１２の底部１４との間の空間には、加熱部としての環状のヒータユニット７が設けられ、これにより、回転テーブル２上のウェーハＷが、回転テーブル２を介して所定の温度に加熱される。また、ブロック部材７１ａが、回転テーブル２の下方及び外周の近くに、ヒータユニット７を取り囲むように設けられるため、ヒータユニット７が置かれている空間がヒータユニット７の外側の領域から区画されている。ブロック部材７１ａより内側にガスが流入することを防止するため、ブロック部材７１ａの上面と回転テーブル２の下面との間に僅かな間隙が維持されるように配置される。ヒータユニット７が収容される領域には、この領域をパージするため、複数のパージガス供給管７３が、容器本体１２の底部を貫通するように所定の角度間隔をおいて接続されている。なお、ヒータユニット７の上方において、ヒータユニット７を保護する保護プレート７ａが、ブロック部材７１ａと、後述する隆起部Ｒとにより支持されており、これにより、ヒータユニット７が設けられる空間にＢＴＢＡＳガスやＯ３ガスが仮に流入したとしても、ヒータユニット７を保護することができる。保護プレート７ａは、例えば石英から作製することが好ましい。
図５を参照すると、底部１４は、環状のヒータユニット７の内側に隆起部Ｒを有している。隆起部Ｒの上面は、回転テーブル２及びコア部２１に接近しており、隆起部の上面Ｒと回転テーブル２の裏面との間、及び隆起部の上面とコア部２１の裏面との間に僅かな隙間を残している。また、底部１４は、回転軸２２が通り抜ける中心孔を有している。この中心孔の内径は、回転軸２２の直径よりも僅かに大きく、フランジ部２０ａを通してケース体２０と連通する隙間を残している。パージガス供給管７２がフランジ部２０ａの上部に接続されている。
このような構成により、図５に示すように、回転軸２２と底部１４の中心孔との間の隙間、コア部２１と底部１４の隆起部Ｒとの間の隙間、及び底部１４の隆起部Ｒと回転テーブル２の裏面との間の隙間を通して、パージガス供給管７２からヒータユニット７の下の空間へＮ２ガスが流れる。また、パージガス供給管７３からヒータユニット７の下の空間へＮ２ガスが流れる。そして、これらのＮ２ガスは、ブロック部材７１ａと回転テーブル２の裏面との間の隙間を通して排気口６１へ流れ込む。このように流れるＮ２ガスは、ＢＴＢＡＳガス（Ｏ３ガス）の処理ガスが回転テーブル２の下方の空間を回流してＯ３ガス（ＢＴＢＡＳガス）と混合するのを防止する分離ガスとして働く。
図２、図３及び図７を参照すると、容器本体１２の周壁部には搬送口１５が形成されている。ウェーハＷは、搬送口１５を通して搬送アーム１０により真空容器１の中へ、又は真空容器１から外へと搬送される。この搬送口１５にはゲートバルブ（図示せず）が設けられ、これにより搬送口１５が開閉される。また、凹部２４の底面には３つの貫通孔（図示せず）が形成されており、これらの貫通孔を通して３本の昇降ピン１６（図７）が上下動することができる。昇降ピン１６は、ウェーハＷの裏面を支えて当該ウェーハＷを昇降させ、ウェーハＷの搬送アーム１０との間で受け渡しを行う。
図８は、本発明の実施形態に係る基板保持機構の一例を示した図である。図８（ａ）は、本発明の実施形態に係る基板保持機構のウェーハＷを載置部上に載置する前の状態を示した図である。図８（ｂ）は、本発明の実施形態に係る基板保持機構のウェーハＷを保持した状態を示した図である。
図８（ａ）、（ｂ）に示されるように、本実施形態に係る基板保持機構１２０は、基板保持部材８０と、回転軸８１と、連結部材８２と、押圧部材８３と、バネ９０と、バネ支持部９１と、押圧ピン１００と、ストッパー１１０とを有する。
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、基板保持機構１２０は、載置部２４の外周付近に設けられる。図８（ｂ）に示すように、載置部２４内に、ウェーハＷが固定保持される基板保持領域２５が設けられ、基板保持機構１２０は、基板保持領域２５の周囲に設けられる。即ち、基板保持領域２５は、基板保持機構１２０により正確にウェーハＷが保持される領域であって、載置部２４に含まれる領域である。載置部２４は、回転テーブル２の表面よりも窪んだ形状を有して設けられており、基板保持機構１２０は、載置部２４の外側と下方に設けられる。
また、基板保持機構１２０は、その個数は問わないが、図２、３に示すように複数個設けられることが好ましく、確実にウェーハＷの浮き上がりを防止する観点からは、少なくとも３個設けられることが好ましい。
基板保持部材８０は、ウェーハＷを接触して保持する部材であり、よって、内側の面が、ウェーハＷと接触する接触面８０ａとなる。回転軸８１は、基板保持部材８０を回転可能に支持する中心軸であり、回転テーブル２の中心と外周を結ぶように、回転テーブル２の半径方向に沿って設けられる。よって、基板保持部材８０は、基板保持領域２５の外側から内側に回転軸８１周りに回転することにより、ウェーハＷの側面部と接触し、ウェーハＷを保持する。基板保持部材８０は、種々の形状に構成されてよいが、ウェーハＷの側面部を接触保持できる程度の平坦度又は曲率を有する接触面８０ａを有することと、ウェーハＷと非接触状態を保つことが可能な開き角を有する切り欠き部８０ｂが必要である。また、基板保持部材８０は、回転軸８１に回転可能に保持され得る形状及び構造を有することが必要である。
基板保持部材８０は、種々の材料から構成されてよいが、真空容器１内の処理空間に露出しているので、発塵が少なく、耐熱性の高い材料で構成されることが好ましい。例えば、基板保持部材８０は、回転テーブル２と同様に石英で構成されるか、又はセラミックス等の耐熱性が高く発塵の少ない材料から構成されることが好ましい。
連結部材８２は、基板保持部材８０とバネ９０とを連結するための部材である。本実施形態に係る基板保持機構１２０は、バネ９０の付勢力により、基板保持部材８０の開閉を行う。よって、バネ９０の付勢力を基板保持部材８０に伝達すべく、基板保持部材８０とバネ９０とを連結する連結部材８２が設けられる。
押圧部材８３は、押圧ピン１００のターゲット（押圧対象）となる部材であり、押圧ピン１００に押圧されることにより、バネ９０の付勢力に抗する力を連結部材８２に伝達する。つまり、押圧部材８３は、バネ９０及び連結部材８３に連結されており、通常はバネ９０の付勢力を受けているが、押圧部材８３にバネ９０の付勢力に抗する力を加えられることにより、バネ９０の付勢力の方向と反対方向の力を加える。
具体的には、図８（ａ）で示した状態が、押圧部材８３が押圧ピン１００の上向きの押圧力を受けた状態であり、これにより、押圧部材８３が上方に移動し、押圧部材８３に連結された連結部材８２も上方に移動している。連結部材８２が上方に移動することにより、基板保持部材８０が外向きに回転し、接触面８０ａが開き、ウェーハＷを載置部２４上に載置可能な状態となっている。
図８（ａ）の状態における基板保持部材８０の載置部２４の面に対する開き角αは、ウェーハＷを受け入れ可能な角度まで開く必要があり、少なくとも略９０度開くことが好ましい。一方、９０度以上であれば、基板保持部材８０は何度まで開いてもウェーハＷの受け入れが可能であるが、必要以上に大きく開くことに処理上の意味は無く、むしろ余分に時間を費やすだけであるので、略９０度開けば十分である。よって、基板保持部材８０のウェーハＷ受け入れ時の開き角αは、８０〜９５度であることが好ましく、略９０度に設定することが更に好ましい。
バネ９０は、連結部材８２を介して、付勢力を基板保持部材８０に付与するための手段である。図８（ａ）に示すように、バネ９０は、収縮することにより連結部材８２を下方に引っ張る付勢力を発生させる。連結部材８２が下方に引っ張られることにより、内側端が連結部材８２の外側端に接続された基板保持部材８０は、内側に回転する力が加えられる。これにより、基板保持部材８０は、ウェーハＷの側面部を回転テーブル２の中心側に向かって、より正確には、ウェーハＷの側面部を、外側上方から中心下方に向かって斜めに押圧する力をウェーハＷに加える。これにより、ウェーハＷは付勢力により弾性的に保持された状態となり、ウェーハＷの表面を傷付けることなく確実に保持することができる。
バネ支持部９１は、バネ９０を支持するための支持台であり、バネ９０を下方から支持すべく、バネ９０の下方に設けられる。
バネ９０は、種々の材料で構成されてよいが、例えば、セラミックス構成されてもよい。上述のように、真空容器１内の部材は、発塵が少なく、耐熱性を有する石英又はセラミックスから構成されることが好ましい。しかしながら、石英は、弾性が乏しく、バネ９０を形成するのが困難である。よって、バネ９０は、例えば、セラミックスから構成されてもよい。
また、バネ９０の形状は、用途に応じて種々の形状とされてよいが、図８（ａ）、（ｂ）に示すつるまきバネ形状の他、板バネで構成されてもよい。図８（ａ）、（ｂ）に示すつるまきバネ形状であると、バネ９０同士が接触してコンタミネーションを発生するおそれがあるので、部品点数の少ない板バネで構成する方がより好ましい。よって、バネ９０は、板バネで構成してもよい。
図８（ｂ）に示すように、バネ９０が連結部材８２を下向きに付勢しているときには、基板保持部材８０は、ウェーハＷを保持した状態となる。つまり、バネ９０は、通常状態では、ウェーハＷを保持する状態を維持している。このとき、基板保持部材８０の接触面８０ａの角度βは、例えば、７０〜８５度であってもよく、好ましくは、７５〜８０度であってもよい。このように、基板保持部材８０の接触面８０ａが直角よりもやや内側に傾斜した角度βを弾性的に維持することにより、ウェーハＷを確実かつ表面を露出した状態で保持することができる。すなわち、基板保持部材８０の接触面８０の開き角βが９０度に近付き過ぎると、ウェーハＷの保持力が弱くなる。逆に、基板保持部材８０の接触面８０の開き角βがあまりに小さくなり過ぎると、基板保持部材８０がウェーハＷの表面に覆い被さるようになり、基板処理時に基板の周縁部に十分な処理ができなくなるおそれがある。よって、本実施形態に係る基板保持構造１２０では、基板保持部材８０がウェーハＷの側面部に付勢力を付与することにより、処理に悪影響を与えることなく確実にウェーハＷを保持する。
押圧ピン１００は、基板保持部材８０の保持を開放する開放部材として機能する。具体的には、バネ９０が収縮する付勢力を連結部材８２に作用し、基板保持部材８０が閉となってウェーハＷを保持しているときに、バネ９０の付勢力に抗して押圧部材８３を上方に押圧してバネ９０を伸長させ、押圧部材８３に連結された連結部材８２を上方に押し上げる。連結部材８２の上昇により、基板保持部材８０は外側に回転し、ウェーハＷを開放する。これにより、ウェーハＷは、昇降ピン１６の上昇により、鉛直方向に移動可能な状態となる。
ストッパー１１０は、押圧部材８３の押圧時の移動限界を規制する規制部材である。具体的には、ストッパー１１０は、押圧部材８３の上方の所定位置に設けられ、押圧部材８３の上方向への移動限界を定める。図８（ｂ）に示すように、押圧部材８３は、載置部２４の面よりも下方に設けられ、押圧部材８３が載置部２４よりも上方に移動しないように押圧限界を規制している。これにより、基板保持部材８０が開状態となっても、押圧部材８３がウェーハＷの裏面を押圧し、ウェーハＷを浮かせることを防ぐことができ、確実にウェーハＷを基板保持領域２５内に保持した状態を維持することができる。
なお、図８（ａ）に示すように、押圧ピン１００が押圧部材８３を下方から押圧し、押圧部材８３が上方に移動したときには、ストッパー１１０は押圧部材８３により側面から見えない状態となっている。これは、押圧部材８３の表面に溝が形成され、ストッパー１１０と係合可能に構成されているからであり、押圧部材８３とストッパー１１０とを、そのような係合可能又は嵌合可能な形状に構成してもよい。また、逆に、そのような係合構造又は嵌合構造を設けることなく、押圧部材８３を平坦な板状に構成してもよい。
次に、基板保持構造１２０の動作について説明する。
まず、図８（ａ）のように、昇降ピン１６が上昇し、搬送アーム１０からウェーハＷを受け取る。その後、昇降ピン１６が下降し、図８（ａ）に示す状態となる。ここで、押圧ピン１００は押圧部材８３を上方に押圧し、これにより押圧部材８３及び連結部材８２が上昇し、連結部材８２の外側端に内側端が連結された基板保持部材８０が、回転軸８１周りに外側に回転し、基板保持部材８０の接触面８０ａが開く。これにより、ウェーハＷが載置部２４上に載置可能な状態となる。
次に、図８（ｂ）に示すように、昇降ピン１６が載置部２４の面よりも下方に下降し、ウェーハＷが載置部２４上に載置されたら、次いで、押圧ピン１００が下降する。これにより、バネ９０の収縮力が作用し、押圧部材８３及び連結部材８２は下降する。連結部材８２の下降に伴い、基板保持部材８０は回転軸８１周りに内側に回転し、ウェーハＷの側面部に接触するとともに、ウェーハＷの側面部を押圧する。基板保持部材８０には、バネ９０の付勢力が常に作用しているので、ウェーハＷは確実に基板保持領域２５上、つまり載置部２４上に保持される。これにより、回転テーブル２が回転し、ウェーハＷの処理が開始しても、ウェーハＷは基板保持領域２５上に接触した状態で保持され、ウェーハＷの表面が処理される。ウェーハＷは、基板保持領域２５上に接触した状態で保持されているので、裏面への不要な処理を防ぐことができる。
ウェーハＷの処理が終了したら、押圧ピン１００が押圧部材８３を上方に押圧し、基板保持部材８０が開く。押圧部材８３の上方への移動は、ストッパー１１０により規制されているので、基板保持部材８０は所定の位置、例えば、載置部２４の面に対して略９０度に開いた位置で静止する。次いで、図８（ａ）に示すように、昇降ピン１６が上昇し、ウェーハＷを支持して上方へと持ち上げる。その後は、搬送アーム１０がウェーハＷを受け取り、真空容器１の外部に処理後のウェーハＷが搬出される。
このように、本実施形態に係る基板保持機構によれば、ウェーハＷの表面全面を露出させた状態でウェーハＷを確実に保持することができ、ウェーハＷの表面の処理には悪影響を与えず、かつ、裏面への不要な処理を確実に防止することができる。
図９は、本発明の実施形態に係る基板保持機構１２０の一例の基板保持部材８０の接触面８０ａの平面形状を示した図である。図１１において、基板保持機構１２０の基板保持部材８０の拡大図が示されているが、基板保持部材８０の接触面８０ａは、ウェーハＷの外周形状に沿った形状に構成してもよい。即ち、ウェーハＷは一般的に略円形を有するが、基板保持部材８０の接触面８０ａは、これに沿うように円弧状に窪んだカーブ形状を有して構成されてもよい。これにより、ウェーハＷの外周と接触面との接触面積を増加させることができ、より確実にウェーハＷを保持することが可能となる。
図１０は、本発明の実施形態に係る基板保持機構１２０の一例の基板保持部材８０の接触面８０ａの垂直断面形状を説明するための図である。図１０において、基板保持部材８０の接触面８０ａとウェーハＷの側面部が接触した状態が示されているが、接触面８０ａは、ウェーハのベベル形状に対応したカーブ形状で構成されてもよい。
図１１は、ウェーハＷの側面部にベベル部が形成され、基板保持部材８０の接触面８０ａが、ベベル形状に沿うように上に凸の湾曲形状を有して構成された例を示した図である。図１１に示されるように、ウェーハＷの側面部には、上側のベベル部Ｂ１と下側のベベル部Ｂ２が形成されている。そして、基板保持部材８０の接触面８０ａは、上側のベベル部Ｂ１に沿うようなカーブ形状を有している。これにより、基板保持部材８０の接触面８０ａとウェーハＷの側面部との接触面積を増加させることができ、より確実にウェーハＷを保持することができる。
このように、基板保持部材８０の接触面８０ａは、必要に応じて、平面形状的にも、側面形状的にも、ウェーハＷの外周形状に沿う形状に構成してもよい。これにより、基板保持機構１２０のウェーハＷの保持能力を一層高めることができる。
なお、本実施形態による成膜装置には、図３に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うための制御部１５０が設けられている。この制御部１５０は、例えばコンピュータで構成されるプロセスコントローラ１５０ａと、ユーザインタフェース部１５０ｂと、メモリ装置１５０ｃとを有する。ユーザインタフェース部１５０ｂは、成膜装置の動作状況を表示するディスプレイや、成膜装置の操作者がプロセスレシピを選択したり、プロセス管理者がプロセスレシピのパラメータを変更したりするためのキーボードやタッチパネル（図示せず）などを有する。また、制御部１５０は、基板保持機構１２０の基板保持動作を制御してもよい。
メモリ装置１５０ｃは、プロセスコントローラ１５０ａに種々のプロセスを実施させる制御プログラム、プロセスレシピ、及び各種プロセスにおけるパラメータなどを記憶している。また、これらのプログラムには、例えば後述するクリーニング方法を行わせるためのステップ群を有しているものがある。これらの制御プログラムやプロセスレシピは、ユーザインタフェース部１５０ｂからの指示に従って、プロセスコントローラ１５０ａにより読み出されて実行される。また、これらのプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体１５０ｄに格納され、これらに対応した入出力装置（図示せず）を通してメモリ装置１５０ｃにインストールしてよい。コンピュータ可読記憶媒体１５０ｄは、ハードディスク、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ、フレキシブルディスク、半導体メモリなどであってよい。また、プログラムは通信回線を通してメモリ装置１５０ｃへダウンロードしてもよい。
次に、本実施形態の成膜装置の動作（成膜方法）の一例について説明する。まず、載置部２４が搬送口１５に整列するように回転テーブル２が回転して、ゲートバルブ（図示せず）を開く。次に、搬送アーム１０により搬送口１５を介してウェーハＷを真空容器１内へ搬入される。ウェーハＷは、昇降ピン１６により受け取られ、搬送アーム１０が容器１から引き抜かれた後に、昇降機構（図示せず）により駆動される昇降ピン１６によって載置部２４へと下げられる。図８（ａ）、（ｂ）で説明した通り、載置部２４上に載置されたウェーハＷについて、基板保持機構１２０によるウェーハＷの保持が行われる。そして、上述の一連の動作が５回繰り返されて、５枚のウェーハＷが対応する凹部２４に載置される。
続いて、真空容器１内が、真空ポンプ６４及び圧力調整器６５により、予め設定した圧力に維持される。回転テーブル２が上から見て時計回りに回転を開始する。回転テーブル２は、ヒータユニット７により前もって所定の温度（例えば３００℃）に加熱されており、ウェーハＷがこの回転テーブル２に載置されることで加熱される。ウェーハＷが加熱され、所定の温度に維持されたことが温度センサ（図示せず）により確認された後、ＢＴＢＡＳガスが処理ガスノズル３１を通して第１の処理領域Ｐ１へ供給され、Ｏ３ガスが処理ガスノズル３２を通して第２の処理領域Ｐ２へ供給される。加えて、分離ガスノズル４１，４２からＮ２ガスが供給される。さらに、中心領域Ｃから、すなわち、突出部５と回転テーブル２との間から回転テーブル２の表面に沿ってＮ２ガスが吐出される。また、分離ガス供給管５１、パージガス供給管７２，７３からもＮ２ガスが供給される。
ウェーハＷが処理ガスノズル３１の下方の第１の処理領域Ｐ１を通過するときに、ウェーハＷの表面にＢＴＢＡＳ分子が吸着し、処理ガスノズル３２の下方の第２の処理領域Ｐ２と通過するときに、ウェーハＷの表面にＯ３分子が吸着され、Ｏ３によりＢＴＢＡＳ分子が酸化される。したがって、回転テーブル２の回転により、ウェーハＷが処理領域Ｐ１、Ｐ２の両方を一回通過すると、ウェーハＷの表面に酸化シリコンの一分子層（又は２以上の分子層）が形成される。次いで、ウェーハＷが領域Ｐ１、Ｐ２を交互に複数回通過し、所定の膜厚を有する酸化シリコン膜がウェーハＷの表面に堆積される。その際、ウェーハＷは、基板保持機構１２０により、載置部２４上に浮き上がること無く保持されているので、裏面に不要な成膜はされない。また、ウェーハＷの表面は総て露出した状態で保持されているので、ウェーハＷの表面に均一に成膜を行うことができる。そして、所定の膜厚を有する酸化シリコン膜が堆積された後、ＢＴＢＡＳガスとＯ３ガスの供給を停止し、回転テーブル２の回転を停止する。そして、ウェーハＷは搬入動作と逆の動作により順次搬送アーム１０により容器１から搬出され、成膜プロセスが終了する。その際のウェーハＷの搬出の動作は、図８（ａ）、（ｂ）で説明した通りである。
なお、本実施形態においては、基板保持機構１２０を、回転テーブル２を用いた基板処理装置に適用した例を挙げて説明したが、本実施形態に係る基板保持機構１２０は、回転せずにウェーハＷを保持するサセプタを用いた基板処理装置にも適用することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
１ 真空容器
２ サセプタ
１０ 搬送アーム
１６ 昇降ピン
２４ 凹部（基板載置領域）
２５ 基板保持領域
３１、３２ 処理ガスノズル
４１、４２ 分離ガスノズル
８０ 基板保持部材
８０ａ 接触面
８０ｂ 切り欠き部
８１ 回転軸
８２ 連結部材
８３ 押圧部材
９０ バネ
１００ 押圧ピン
１１０ ストッパー
１２０ 基板保持機構
Ｐ１、Ｐ２ 処理領域
Ｗ ウェーハ

Claims (16)

  1. サセプタ上の所定の基板保持領域上に基板を保持する基板保持機構であって、
    前記基板保持領域の周囲に設けられ、前記基板保持領域の外側から内側に回転することにより前記基板保持領域上に載置された前記基板の側面部に所定の接触面で接触可能な基板保持部材と、
    該基板保持部材に連結された連結部材と、
    該基板保持部材に、前記基板の側面部に接触することにより前記基板を保持可能な内側方向への付勢力を、前記連結部材を介して付与する付勢手段と、
    前記連結部材に連結された押圧部材と、
    該押圧部材を押圧し、前記付勢手段の前記付勢力に抗する力を前記基板保持部材に前記連結部材を介して付与することにより、前記基板を鉛直方向に持ち上げ可能な、前記基板保持部材の前記所定の接触面が前記基板保持領域の面に対して略９０度に開いた状態に前記基板保持部材を開放可能な開放部材と、
    前記開放部材による前記押圧部材の押圧による移動範囲を規制する規制手段と、を有し、
    該規制手段により前記基板保持部材の開放角度を規制する基板保持機構。
  2. 前記基板保持部材は、前記基板保持領域の外周よりも外側に設けられ、前記基板保持領域の半径方向に沿って回転可能な回転軸に固定保持された請求項１に記載の基板保持機構。
  3. 前記連結部材、前記押圧部材及び前記付勢手段は、前記基板保持領域の下方に設けられている請求項１又は２に記載の基板保持機構。
  4. サセプタ上の所定の基板保持領域上に基板を保持する基板保持機構であって、
    前記基板保持領域の周囲に設けられ、前記基板保持領域の外側から内側に回転することにより前記基板保持領域上に載置された前記基板の側面部に所定の接触面で接触可能な基板保持部材と、
    該基板保持部材に、前記基板の側面部に接触することにより前記基板を保持可能な内側方向への付勢力を付与する付勢手段と、
    該付勢手段の前記付勢力に抗する力を前記基板保持部材に付与することにより、前記基板を鉛直方向に持ち上げ可能な状態に前記基板保持部材を開放可能な開放部材と、
    前記基板保持部材に連結された連結部材と、
    前記連結部材に連結された押圧部材と、を有し、
    前記付勢手段は、該連結部材を介して前記基板保持部材に前記付勢力を付与し、
    前記連結部材、前記押圧部材及び前記付勢手段は、前記基板保持領域の下方に設けられており、
    前記開放部材は、該押圧部材を押圧することにより、前記付勢力に抗する力を、前記連結部材を介して前記基板保持部材に付与し、
    前記開放部材は、前記押圧部材を下方から押圧可能な昇降部材であり、
    前記基板保持領域は、前記サセプタの表面よりも窪んだ所定の基板載置領域内に設けられた基板保持機構。
  5. サセプタ上の所定の基板保持領域上に基板を保持する基板保持機構であって、
    前記基板保持領域の周囲に設けられ、前記基板保持領域の外側から内側に回転することにより前記基板保持領域上に載置された前記基板の側面部に所定の接触面で接触可能な基板保持部材と、
    該基板保持部材に、前記基板の側面部に接触することにより前記基板を保持可能な内側方向への付勢力を付与する付勢手段と、
    該付勢手段の前記付勢力に抗する力を前記基板保持部材に付与することにより、前記基板を鉛直方向に持ち上げ可能な状態に前記基板保持部材を開放可能な開放部材と、を有し、
    前記付勢手段はバネであり、
    前記付勢力は該バネの収縮力である基板保持機構。
  6. 前記バネはセラミックスから構成される請求項５に記載の基板保持機構。
  7. 前記バネは板バネである請求項５又は６に記載の基板保持機構。
  8. 前記基板保持部材の前記所定の接触面の水平断面形状は、前記基板の外周に沿った形状である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板保持機構。
  9. 前記基板保持部材の前記所定の接触面の鉛直断面形状は、上に凸の湾曲した形状である請求項１乃至８のいずれか一項に記載の基板保持機構。
  10. 前記基板保持部材が前記基板を保持したときの前記所定の接触面の前記基板保持領域の面に対する角度は、７０〜８５度である請求項１乃至９のいずれか一項に記載の基板保持機構。
  11. 前記基板保持部材の前記所定の接触面は、前記基板の前記側面部にベベル面が形成されているときには、上側のベベル面に接触する請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の基板保持機構。
  12. 前記基板保持部材、前記付勢手段及び前記開放部材は、前記基板保持領域の周囲に複数設けられた請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の基板保持機構。
  13. 前記基板保持部材、前記付勢手段及び前記開放部材は、前記基板保持領域の周囲に少なくとも３個設けられた請求項１２に記載の基板保持機構。
  14. 前記基板保持領域は、サセプタの表面よりも窪んだ所定の基板載置領域内に設けられた請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の基板保持機構。
  15. 請求項１４に記載された基板保持機構と、
    前記サセプタを収容する処理室と、
    前記基板保持領域を貫通する少なくとも３個の貫通孔と、
    該貫通孔を昇降可能に設けられた昇降ピンと、
    該昇降ピン上に前記基板を受け渡し可能であり、前記基板と前記処理室の外部との間で前記基板を搬送可能な搬送アームと、を有し、
    前記開放部材は、該昇降ピンとは連動せず独立して駆動される基板処理装置。
  16. 前記サセプタは回転可能な回転テーブルとして構成され、
    前記基板載置領域は、前記回転テーブルの回転方向に沿って複数設けられ、
    前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられ、第１及び第２の処理ガスをそれぞれ供給可能な第１及び第２の処理領域と、
    前記回転テーブルの回転方向に沿って該第１及び第２の処理領域との間に設けられ、前記第１及び第２の処理ガスを互いに分離可能な分離ガスを供給する分離領域と、を更に有する請求項１５に記載の基板処理装置。
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