KR100684246B1 - A liquid material coating apparatus and a method for preventing an organic contamination in a liquid material coating process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 웨이퍼 등에 박막을 형성하기 위한 액체 재료 도포 장치에 관한 것으로, FOUP나 SMIF 등의 포드에 수납된 상태로 반입되는 기판이 유기 오염되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid material applying apparatus for forming a thin film on a semiconductor wafer or the like, and an object thereof is to prevent organic contamination of a substrate carried in a pod such as FOUP or SMIF.
복수의 기판을 외부 환경으로부터 차단한 상태에서 수납할 수 있는 포드(18)를 이용하여, 그들 기판을 액체 재료 도포 장치에 반입한다. 액체 재료 도포 장치는 포드(18)를 격납하는 반입출 영역(10)과, 유기 용제를 함유하는 액체 재료를 사용하여 기판의 표면에 박막을 형성하기 위한 처리 영역(14)을 구비한다. 포드(18) 내의 모든 기판은 미리 기판 수납 유닛(22)으로 이송된다. 처리 영역(14)에서 처리된 처리 완료 기판은 비어 있는 포드(18)에 차례로 수납된다. The board | substrate is carried in to a liquid material application apparatus using the pod 18 which can be accommodated in the state which interrupted several board | substrates from the external environment. The liquid material applying apparatus includes a carry-in / out area 10 for storing the pods 18 and a processing area 14 for forming a thin film on the surface of the substrate using a liquid material containing an organic solvent. All substrates in the pods 18 are transferred to the substrate storage unit 22 in advance. The processed substrate processed in the processing region 14 is stored in the empty pod 18 in turn.
반입출 영역, 대기 영역, 처리 영역, 포드, 반송 장치, 기판 수납 유닛, 도포 장치, 반도체 웨이퍼, 박막Loading / Exporting Area, Waiting Area, Processing Area, Pod, Carrier, Substrate Storage Unit, Coating Device, Semiconductor Wafer, Thin Film
Description
도1은 본 발명의 제1 실시 형태의 액체 재료 도포 장치의 평면 투시도.1 is a plan perspective view of a liquid material applying apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도2는 제1 실시 형태의 액체 재료 도포 장치의 효과를 설명하기 위한 도면.Fig. 2 is a diagram for explaining the effect of the liquid material applying device of the first embodiment.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 반입출 영역10: import and export area
12 : 대기 영역12: waiting area
14 : 처리 영역14: processing area
16 : 외벽16: outer wall
18 : 포드18: Ford
20 : 제1 반송 장치20: first conveying device
22 : 기판 수납 유닛22: substrate storage unit
24 : 보관 공간24: storage space
26 : 공기 청정기26: air purifier
본 발명은 액체 재료 도포 장치 및 액체 재료 도포 공정에 있어서의 유기 오염 방지 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼 등에 박막을 형성하는 장치로서 적합한 액체 재료 도포 장치, 및 반도체 웨이퍼 등에 높은 수율로 박막을 형성하는 데 있어 유효한 유기 오염 방지 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
반도체 장치나 액정 장치의 제조 공정에서는 액체 재료를 회전 도포하여 박막을 형성하는 액체 재료 도포 장치가 이용되고 있다. 액체 재료 도포 장치는 반도체 웨이퍼 등의 기판 상에 액체 재료를 회전 도포하고, 그 후 액체 재료에 포함되어 있는 유기 용제를 휘발시킴으로써 박막을 형성한다. In the manufacturing process of a semiconductor device or a liquid crystal device, the liquid material application | coating device which spin-coats a liquid material and forms a thin film is used. The liquid material application apparatus forms a thin film by rotating-coating a liquid material on a substrate such as a semiconductor wafer, and then volatilizing an organic solvent contained in the liquid material.
최근에는 이러한 액체 재료 도포 장치에 기판을 반입할 때, FOUP(Front 0pening Unified Pod)나 SMIF(Standard Mechanical Inter Face) 등의 포드가 사용되도록 되어 있다. FOUP나 SMIF에 따르면, 복수의 기판을 클린룸 등의 외부 환경으로부터 차단한 상태에서 액체 재료 도포 장치 내로 반입하고, 또한 그들 기판을 외부 환경에 접촉시키는 일 없이 액체 재료 도포 장치로부터 반출할 수 있다. 이로 인해, FOUP나 SMIF 등의 포드를 이용하면, 반도체 장치의 고집적화에 대응하고, 또한 그 수율을 높일 수 있다. In recent years, a pod such as FOUP (Front 0pening Unified Pod) or SMIF (Standard Mechanical Inter Face) is used to bring a substrate into such a liquid material applying apparatus. According to FOUP and SMIF, a plurality of substrates can be brought into a liquid material applying apparatus in a state of being cut off from an external environment such as a clean room, and can be carried out from the liquid material applying apparatus without bringing the substrates into contact with the external environment. For this reason, when pods, such as FOUP and SMIF, are used, it can cope with the high integration of a semiconductor device, and can raise the yield.
FOUP나 SMIF 등에 수납된 상태에서 액체 재료 도포 장치 내로 반입된 기판은 장치의 내부에서 1장씩 취출되어 박막 형성 처리에 넘겨진다. 그리고, 처리 완료된 기판(이하,「박막 부착 기판」이라 칭함)은 박막에 포함되는 유기 용제가 완전 하게는 휘발하고 있지 않은 상태에서 포드 내에 수납된다. 이로 인해, 포드의 내부에서는 비교적 높은 농도로 유기 용제의 가스가 발생한다. The board | substrate brought into the liquid material application | coating apparatus in the state accommodated in FOUP, SMIF, etc. is taken out one by one inside of an apparatus, and is handed over to a thin film formation process. And the processed board | substrate (henceforth a "substrate with a thin film") is accommodated in a pod in the state in which the organic solvent contained in a thin film is not fully volatilized. For this reason, the gas of the organic solvent is generated in comparatively high density | concentration inside a pod.
박막 부착 기판이 포드에 수납되는 시점에서, 포드의 내부에는 아직 박막 형성 처리에 넘겨지지 않은 기판이 존재한다. 포드의 내부에서 발생하는 유기 용제의 가스는 그들 미처리 기판의 표면에 부착하여 기판의 유기 오염을 야기시킨다. 이러한 유기 오염이 발생한 기판 상에 박막을 형성하면, 박막과 기판과의 경계부, 혹은 박막의 내부에 이물질 조성 이상이 형성되기 쉽다. 이와 같이, FOUP나 SMIF를 이용한 종래의 수법은 기판의 유기 오염에 기인하는 이상을 발생하기 쉽다고 하는 문제를 가지고 있었다. At the time when the substrate with a thin film is accommodated in the pod, there is a substrate which has not yet been passed to the thin film forming process inside the pod. Gases of organic solvents generated inside the pods adhere to the surface of those untreated substrates, causing organic contamination of the substrates. When a thin film is formed on a substrate on which such organic contamination has occurred, abnormalities in foreign matter composition tend to be formed at the boundary between the thin film and the substrate or inside the thin film. As described above, the conventional method using FOUP or SMIF has a problem that anomalies due to organic contamination of the substrate are likely to occur.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, FOUP나 SMIF 등의 포드에 수납된 상태에서 반입되는 기판이 유기 오염되는 것을 방지할 수 있는 액체 재료 도포 장치를 제공하는 것을 제1의 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, and a first object of the present invention is to provide an apparatus for applying a liquid material which can prevent organic contamination of a substrate carried in a pod such as FOUP or SMIF. do.
또한, 본 발명은 FOUP나 SMIF 등의 포드에 수납된 상태에서 반입되는 기판이 유기 오염되는 것을 방지하기 위한 유기 오염 방지 방법을 제공하는 것을 제2의 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide an organic contamination prevention method for preventing organic contamination of a substrate carried in a state of being accommodated in a pod such as FOUP or SMIF.
청구항 1에 기재된 발명은 복수의 기판을 외부 환경으로부터 차단한 상태에서 수납할 수 있는 포드를 이용하여 상기 기판의 반입출을 행하는 액체 재료 도포 장치로써, The invention according to
상기 포드를 격납하기 위한 반입출 영역과, An import / export area for storing the pods,
유기 용제를 함유하는 액체 재료를 사용하여 상기 기판의 표면에 박막을 형성하기 위한 처리 영역과, A treatment region for forming a thin film on the surface of the substrate using a liquid material containing an organic solvent,
상기 처리 영역에서 처리된 처리 완료 기판을 미처리 기판이 수납되어 있지 않은 포드에 수납하는 반송 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다. It is characterized by including the conveying apparatus which accommodates the processed board processed by the said process area | region in the pod which the unprocessed board | substrate is not stored.
청구항 2에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 액체 재료 도포 장치로써, The invention described in
단일의 포드에 수납되는 모든 기판을 보관할 수 있는 기판 수납 유닛을 구비하고, A substrate storage unit capable of storing all the substrates stored in a single pod,
상기 반송 장치는 포드 내의 모든 기판이 상기 기판 수납 유닛으로 이송된 후에, 그 포드 내에 상기 처리 완료 기판을 수납하는 것을 특징으로 한다. The conveying apparatus is characterized by storing the processed substrate in the pod after all the substrates in the pod are transferred to the substrate storage unit.
청구항 3에 기재된 발명은 청구항 2에 기재된 액체 재료 도포 장치로써, The invention described in
상기 기판 수납 유닛은 그 내부에 보관되는 기판의 주위에 청정한 공기 또는 불활성 가스를 유통시키는 공기 청정기를 구비하는 것을 특징으로 한다. The substrate accommodating unit is characterized by having an air cleaner for distributing clean air or an inert gas around the substrate stored therein.
청구항 4에 기재된 발명은 유기 용제를 함유하는 액체 재료를 기판 상에 도포하는 공정 중에, 미처리 기판이 유기 오염되는 것을 방지하는 방법으로써, Invention of
포드에 수납된 복수의 기판을 액체 재료 도포 장치 내로 반입하는 제1 단계와, A first step of bringing a plurality of substrates stored in the pod into the liquid material applying apparatus,
상기 포드로부터 기판을 취출하는 제2 단계와, A second step of taking out the substrate from the pod;
상기 포드로부터 취출된 기판의 표면에 상기 액체 재료를 이용하여 박막을 형성하는 제3 단계와, Forming a thin film on the surface of the substrate taken out of the pod using the liquid material;
표면에 박막이 형성된 처리 완료 기판을 미처리 기판이 수납되어 있지 않은 포드에 수납하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a fourth step of accommodating the processed substrate having the thin film formed on the surface thereof in a pod in which the unprocessed substrate is not stored.
청구항 5에 기재된 발명은 청구항 4에 기재된 유기 오염 방지 방법으로써, The invention according to claim 5 is the organic pollution prevention method according to
상기 제2 단계에서는 포드 내의 모든 기판이 상기 액체 재료 도포 장치 내의 기판 수납 유닛으로 이송되고, In the second step, all the substrates in the pod are transferred to the substrate storage unit in the liquid material applying apparatus,
상기 제3 단계에서는 상기 기판 수납 유닛으로 이송된 기판에 차례로 박막이 형성되고, In the third step, thin films are sequentially formed on the substrate transferred to the substrate accommodating unit,
상기 제4 단계에서는 모든 기판이 상기 기판 수납 유닛으로 이송됨으로써 비어 있는 상기 포드에 상기 처리 완료 기판이 복귀되는 것을 특징으로 한다.In the fourth step, all the substrates are transferred to the substrate storage unit, so that the processed substrate is returned to the empty pod.
청구항 6에 기재된 발명은 청구항 5에 기재된 유기 오염 방지 방법으로써, Invention of
상기 기판 수납 유닛은 그 내부에 보관되는 기판의 주위에 청정한 공기 또는 불활성 가스를 유통시키는 공기 청정기를 구비하고, The substrate storage unit includes an air cleaner that distributes clean air or an inert gas around the substrate stored therein,
상기 제4 단계에서는 상기 처리 완료 기판이 상기 기판 수납 유닛 내에 일시적으로 보유 지지된 후에 상기 포드로 복귀되는 것을 특징으로 한다.In the fourth step, the processed substrate is temporarily held in the substrate storage unit and then returned to the pod.
청구항 7에 기재된 발명은 청구항 6에 기재된 유기 오염 방지 방법으로써, The invention according to claim 7 is the organic pollution prevention method according to
단일의 포드로부터 취출된 모든 기판은 그들의 최후 기판이 처리 완료 기판으로 된 단계에서 차례로 또는 일괄적으로 상기 포드로 복귀되는 것을 특징으로 한다. All of the substrates taken out from a single pod are characterized in that they are returned to the pods in sequence or in batches at the stage when their last substrate becomes a finished substrate.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 공통되는 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described with reference to drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
<제1 실시 형태> <First Embodiment>
도1은 본 발명의 제1 실시 형태의 액체 재료 도포 장치의 평면 투시도를 도시한다. 본 실시 형태의 액체 재료 도포 장치는 반도체 장치의 층간 절연막의 형성, 혹은 액정 장치의 유기 박막의 형성 등에 적합한 장치이다. 액체 재료 도포 장치에 따르면, 예를 들어 플라즈마 CVD나 열 CVD에 의해 형성되는 층간 절연막에 비하여 평탄성이나 매립성이 우수한 층간 절연막을 형성할 수 있다. 1 shows a plan perspective view of a liquid material application device according to a first embodiment of the present invention. The liquid material applying apparatus of this embodiment is an apparatus suitable for formation of the interlayer insulation film of a semiconductor device, formation of the organic thin film of a liquid crystal device, etc. According to the liquid material applying apparatus, for example, an interlayer insulating film excellent in flatness and embedding property can be formed as compared to the interlayer insulating film formed by plasma CVD or thermal CVD.
액체 재료 도포 장치의 내부에는 기판의 반입출 영역(10), 기판의 대기 영역(12), 및 기판의 처리 영역(14)이 설치되어 있다. 그들 영역은 외벽(16)에 의해 클린룸 등의 외부 환경으로부터 차단되어 있다. 반입출 영역(10)에는 액체 재료 도포 장치의 외부로부터 FOUP나 SMIF 등의 포드(18)를 반입할 수 있다. 포드(18) 내에는 클린룸 등의 외부 환경으로부터 차단된 상태에서 복수의 기판이 수납되어 있다. The carrying-in / out area |
대기 영역(12)에는 포드(18) 내의 기판을 반입출하기 위한 제1 반송 장치(20)가 설치되어 있다. 제1 반송 장치(20) 옆에는 기판 수납 유닛(22)이 설치되어 있다. 기판 수납 유닛(22)은 하나의 포드(18)에 수납되어 있는 모든 기판을 일시적으로 수납하기 위한 보관 공간(24)과 공기 청정기(26)를 구비하고 있다. 복수의 기판은 보관 공간(24) 내부에, 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 수납된다. 공기 청정기(26)는 HEPA 필터 등으로 청정화된 공기, 혹은 질소 가스나 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 보관 공간(24) 내의 기판과 평행한 방향으로 유통시킬 수 있다. The
처리 영역(14)에는 제1 냉각판(28), 도포 처리부(30), 제1 내지 제3 열처리 판(32, 34, 36) 및 제2 냉각판(38)이 설치되어 있는 동시에, 처리 영역(14) 내에서 기판을 반송하기 위한 제2 반송 장치(40)가 설치되어 있다. 대기 영역(12)에 일시적으로 보관되어 있는 기판은 제1 및 제2 반송 장치(20, 40)에 의해 1장씩 처리 영역(14)으로 반입되어 제1 냉각판(28) 상에서 적절한 온도로 냉각된 후, 도포 처리부(30) 내로 운반된다.The treatment region 14 is provided with a
도포 처리부(30)는 기판을 흡착 보유 지지하는 회전 기구와, 기판 상에 액체 재료를 도포하는 기구를 구비하고 있으며, 500 내지 5000rpm 정도의 속도로 기판을 회전시키면서 그 표면에 액체 재료를 도포한다. 기판이 회전하고 있음으로써, 도포된 액체 재료가 박막형으로 퍼지고, 또한 그 과잉분이 기판 상으로부터 배제된다. 기판의 전방면으로 확장된 액체 재료 중에서 어느 정도 유기 용제가 기화함으로써, 기판 상에 박막이 형성된다. The
도포 처리부(30)에 있어서 처리된 기판은 제2 반송 장치(40)에 의해 차례로 제1 내지 제3 열처리판(32, 34, 36) 상으로 반송되고, 단계적으로 100 내지 350℃ 정도의 열처리에 넘겨진다. 이들 열처리는 박막 중의 유기 용제를 휘발시키고, 또한 박막을 예비적으로 열경화시킴으로써, 박막을 안정화시키는 것을 목적으로 하여 행해진다. The board | substrate processed by the
제3 열처리판(36)에 의해 처리된 기판, 즉 처리 완료 기판은 제2 냉각판(38) 상에서 적절한 온도로 냉각된 후, 처리 영역(14)으로부터 반출되어 제1 반송 장치(20)에 의해 포드(18) 내에 격납된다. After the substrate processed by the third
도포 처리부(30)에서 형성된 박막에 대해서는 액체 재료 도포 장치의 외부에 서 최종적인 경화 처리가 가해진다. 따라서, 제3 열처리판(3)에서 처리된 단계, 즉 처리 영역(14)으로부터 반출되는 단계에서는 박막 중에 어느 정도의 유기 용제가 잔존하고 있다. 이로 인해, 포드(18) 내에 미처리 기판이 존재하고 있으면, 처리 완료 기판으로부터 나오게 되는 가스형의 유기 용제가 미처리 기판에 부착하는 일이 있다. The thin film formed in the
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 포드(18) 내의 모든 기판이 기판 수납 유닛(22)으로 이송된 후에 박막 형성 처리가 개시된다. 이로 인해, 처리 완료 기판이 포드(18)에 반입되는 시점에서 포드(18) 내에 미처리 기판은 존재하지 않는다. 따라서, 본 실시 형태의 액체 재료 도포 장치에 따르면, 처리 완료 기판으로부터 유기 용제의 가스가 발생하더라도, 그 영향으로 미처리 기판의 유기 오염이 발생하는 일은 없다. As described above, in this embodiment, after all the substrates in the
도2는 본 실시 형태의 액체 재료 도포 장치의 효과를 설명하기 위한 도면을 도시한다. 도2에 있어서, 횡축은 시간을, 그리고 종축은 박막 형성 처리 후에 이상이 확인된 샘플수를 도시한다. 도2에 있어서, ■를 잇는 꺽임선은 포드(18) 내에서 미처리 기판이 유기 용제 가스에 노출되어지는 시간과 이상수(異常數)와의 관계를, 그리고 △를 잇는 꺽임선은 미처리 기판이 기판 수납 유닛(22) 내에 보유 지지되는 시간과 이상수와의 관계를 각각 나타내고 있다.Fig. 2 shows a diagram for explaining the effect of the liquid material applying apparatus of the present embodiment. In FIG. 2, the horizontal axis shows time, and the vertical axis shows the number of samples in which abnormality was confirmed after the thin film formation process. In Fig. 2, the broken line connecting ■ indicates the relationship between the time at which the untreated substrate is exposed to the organic solvent gas and the abnormal number in the
도2에 도시한 바와 같이, 미처리 기판이 포드(18) 내에서 유기 용제 가스에 노출되어지는 경우는 시간의 경과와 함께 이상수가 증가한다. 이에 대하여, 미처리 기판이 기판 수납 유닛(22) 내에 보유 지지되는 경우는 시간의 길고 짧음에 상 관 없이 대부분 이상은 확인되지 않는다. 이들의 관계에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태의 액체 재료 도포 장치에 따르면, 미처리 기판이 존재하는 포드 내에 처리 완료 기판이 복귀되는 경우에 비하여 박막 형성 공정에 있어서의 이상수를 현저하게 감소시킬 수 있다. As shown in Fig. 2, when the untreated substrate is exposed to the organic solvent gas in the
그런데, 상술한 제1 실시 형태에서는 처리 완료 기판을 처리 영역(14)으로부터 직접 포드(18)로 반송하는 것으로 하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 처리 완료 기판은 처리 영역(14)으로부터 반출된 후, 모든 기판의 처리가 종료할 때까지 기판 수납 유닛(22) 내에 보관해 두고, 모든 기판의 처리가 종료한 시점에서 일괄적으로 포드(18)에 수납해도 좋다.By the way, in 1st Embodiment mentioned above, although the processed board | substrate is conveyed directly from the process area | region 14 to the
본 실시 형태의 액체 재료 도포 장치에 있어서, 기판 수납 유닛(22) 내에 보관되는 기판의 주변에는 공기 청정기(26)에 의해 항상 청정한 공기(또는 불활성 가스)가 공급되고 있다. 이로 인해, 기판 수납 유닛(22)의 내부에서는 처리 완료 기판과 미처리 기판이 혼재해 있어도 미처리 기판이 유기 오염되는 일은 없다. 또한, 처리 완료 기판을 기판 수납 유닛(22) 내에서 보유 지지한 후에 포드(18)에 수납하는 것으로 하면, 포드(18) 내로 반입되는 유기 용제의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 상기한 변형예에 의하면, 미처리 기판의 유기 오염을 유효하게 방지하면서 포드(18) 자신의 오염량도 억제할 수 있다. In the liquid material applying apparatus of this embodiment, clean air (or inert gas) is always supplied to the periphery of the substrate stored in the substrate storage unit 22 by the
또한, 상술한 제1 실시 형태에서는 기판의 반입에 이용된 포드(18)에 처리 완료 기판을 복귀시키는 것으로 하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 기판의 반입에 이용하는 포드(18)와는 별도로 비어 있는 포드(18)를 반입출 영 역(10)에 준비해 두고, 포드(18)로부터 반출되어 처리된 기판을 순차적으로 비어 있는 포드(18)에 수납하는 것으로 해도 좋다. 이 경우에는, 반드시 기판 수납 유닛(22)이 필요한 것은 아니다.In addition, although the processed board | substrate is returned to the
본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로, 이하에 개시하는 바와 같은 효과를 발휘한다. Since this invention is comprised as mentioned above, it has the effect as disclosed below.
청구항 1 또는 4에 기재된 발명에 따르면, 미처리 기판이 수납되어 있지 않은 포드에 처리 완료 기판을 수납할 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 따르면 처리 완료 기판으로부터 나오게 되는 유기 용제의 가스에 기인하여 미처리 기판이 오염되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. According to invention of
청구항 2 또는 5에 기재된 발명에 따르면, 포드 내에 수납되는 모든 기판을 기판 수납 유닛으로 이송함으로써, 그 포드를 비게 하여, 처리 완료 기판을 그 비어 있는 포드로 순차적으로 복귀시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 포드를 하나만 이용하면서 미처리 기판의 유기 오염을 확실히 방지할 수 있다. According to the invention as set forth in
청구항 3, 6 또는 7에 기재된 발명에 따르면, 처리 완료 기판을 일시적으로 기판 수납 유닛에 보관하고, 그 안에서 어느 정도 유기 용제를 휘발시킨 후에 처리 완료 기판을 포드 내로 복귀시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 미처리 기판의 유기 오염을 방지할 수 있는 동시에, 포드 자신의 유기 오염도 방지할 수 있다.According to the invention according to
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