KR102170612B1 - 클리닝 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

클리닝 시간을 단축하고, 균일성 높은 클리닝을 행하는 것이 가능한 클리닝 방법을 제공한다.
일 실시 형태의 클리닝 방법은, 처리실 내에서 기판을 상면에 적재 가능한 회전 테이블을, 제1 클리닝 위치에서 회전시킨 상태에서, 상기 회전 테이블의 기판 적재면의 상방으로부터 클리닝 가스를 공급하는 제1 클리닝 공정과, 상기 회전 테이블을, 상기 제1 클리닝 위치보다도 하방인 제2 클리닝 위치에서 회전시킨 상태에서, 상기 회전 테이블의 기판 적재면의 상방으로부터 상기 클리닝 가스를 공급하는 제2 클리닝 공정을 포함한다.

Description

클리닝 방법{CLEANING METHOD}
본 발명은 클리닝 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 등의 제조에 사용되는 성막 장치에 있어서는, 기판의 상면뿐만 아니라, 기판이 적재되는 회전 테이블의 상면, 측면, 하면 등에도 막이 퇴적된다. 그리고, 회전 테이블의 상면, 측면, 하면 등에 퇴적된 막의 막 두께가 두꺼워지면, 퇴적된 막이 박리되어, 파티클을 발생한다. 그로 인해, 처리실 내에 클리닝 가스를 정기적으로 공급하고, 회전 테이블의 상면, 측면, 하면 등에 퇴적된 막을 제거하고 있다(예를 들어, 특허문헌1 참조).
일본 특허 공개 제2010-153805호 공보
그러나, 상기한 방법에서는, 클리닝 가스를 공급하는 노즐과, 회전 테이블의 간격이 좁기 때문에, 노즐로부터 공급되는 클리닝 가스의 유속이 빠르고, 클리닝 가스의 대부분이 회전 테이블의 상면에 퇴적된 막을 제거하기 전에 배기된다. 그로 인해, 회전 테이블의 상면에 퇴적된 막을 제거하는 데 요하는 클리닝 시간이 길어지고, 또한, 회전 테이블의 면 내에 있어서 퇴적된 막이 제거되는 시간에 차가 발생하고 있었다.
그래서, 본 발명의 일 형태에서는, 클리닝 시간을 단축하고, 균일성이 높은 클리닝을 행하는 것이 가능한 클리닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 관한 클리닝 방법은, 처리실 내에서 기판을 상면에 적재 가능한 회전 테이블을, 제1 클리닝 위치에서 회전시킨 상태에서, 상기 회전 테이블의 기판 적재면의 상방으로부터 클리닝 가스를 공급하는 제1 클리닝 공정과, 상기 회전 테이블을, 상기 제1 클리닝 위치보다도 하방인 제2 클리닝 위치에서 회전시킨 상태에서, 상기 회전 테이블의 기판 적재면의 상방으로부터 상기 클리닝 가스를 공급하는 제2 클리닝 공정을 포함한다.
개시된 클리닝 방법에 의하면, 클리닝 시간을 단축하고, 균일성이 높은 클리닝을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 개략 단면도.
도 2는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 나타내는 개략 사시도.
도 3은 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 나타내는 개략 평면도.
도 4는 도 1의 성막 장치의 회전 테이블의 동심원을 따른 진공 용기의 개략 단면도.
도 5는 도 1의 성막 장치의 분리 영역을 설명하기 위한 개략 단면도.
도 6은 본 발명의 실시 형태의 클리닝 방법의 일례를 나타내는 타이밍 차트.
도 7은 도 1의 성막 장치의 회전 테이블의 승강 동작을 설명하기 위한 개략 단면도 (1).
도 8은 도 1의 성막 장치의 회전 테이블의 승강 동작을 설명하기 위한 개략 단면도 (2).
도 9는 본 발명의 실시 형태의 클리닝 방법의 다른 예를 나타내는 타이밍 차트.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일 부호를 부여함으로써 중복되는 설명을 생략한다.
(성막 장치)
먼저, 본 발명의 실시 형태에 관한 클리닝 방법을 적용할 수 있는 성막 장치의 일례에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 개략 단면도이다. 도 2는, 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 나타내는 개략 사시도이다. 도 3은, 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 나타내는 개략 평면도이다. 또한, 도 2 및 도 3에서는, 설명의 편의상, 천장판의 도시를 생략하고 있다.
도 1 내지 도 3까지를 참조하면, 성막 장치는, 거의 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 진공 용기(1)와, 진공 용기(1) 내에 설치되어, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는, 내부에 수용된 기판인 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼(W)」라고 함)의 상면에 성막 처리를 행하기 위한 처리실이다. 진공 용기(1)는, 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 대하여, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)를 통하여 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖고 있다.
회전 테이블(2)은, 진공 용기(1) 내에 회전 가능하게 설치되어 있다. 회전 테이블(2)은, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다. 회전 테이블(2)은, 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있다. 코어부(21)는, 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)의 상단에 고정되어 있다. 회전축(22)은, 진공 용기(1)의 저부(14)를 관통하고, 하단이 구동부(23)에 장착되어 있다. 구동부(23)는, 예를 들어 압공 실린더와 스테핑 모터를 포함하며, 회전축(22)을 승강시킴으로써 회전 테이블(2)을 승강시켜, 회전축(22)을 연직축 주위로 회전시킴으로써 회전 테이블(2)을 회전시킨다. 회전축(22) 및 구동부(23)는, 상면이 개구된 통상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 케이스체(20)는, 그 상면에 형성된 플랜지부가, 연직 방향으로 신축 가능한 벨로우즈(16)를 통해서 진공 용기(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 장착되어 있고, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지되어 있다. 회전 테이블(2)이 승강하는 경우에는, 회전 테이블(2)의 승강에 대응해서 벨로우즈(16)가 신축하기 때문에, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태를 유지할 수 있다.
회전 테이블(2)의 상면에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전 방향(주위 방향)에 따라 복수(도시된 예에서는 6매)의 웨이퍼(W)를 적재 가능한 원 형상의 오목부(2a)가 설치되어 있다. 또한, 도 3에는 편의상, 1개의 오목부(2a)만 웨이퍼(W)를 나타내고 있다. 오목부(2a)는, 웨이퍼(W)의 직경보다도 약간 예를 들어 4mm 큰 내경과, 웨이퍼(W)의 두께에 거의 동등한 깊이를 갖고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)가 오목부(2a)에 수용되면, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼(W)가 적재되지 않은 영역)이 동일한 높이가 된다. 오목부(2a)의 저면에는, 웨이퍼(W)의 이면을 지지해서 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한 예를 들어 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(모두 도시되지 않음)이 형성되어 있다.
회전 테이블(2)의 상방에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 석영에 의해 형성된 반응 가스 노즐(31, 32), 클리닝 가스 노즐(33) 및 분리 가스 노즐(41, 42)이 진공 용기(1)의 주위 방향으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 도시된 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 시계 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향)으로, 분리 가스 노즐(41), 클리닝 가스 노즐(33), 반응 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42) 및 반응 가스 노즐(32)이 순서대로 배열되어 있다. 이들 노즐(31, 32, 33, 41, 42)은, 각 노즐(31, 32, 33, 41, 42)의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 33a, 41a, 42a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주면에 고정함으로써, 진공 용기(1)의 외주면으로부터 진공 용기(1) 내에 도입되고, 용기 본체(12)의 직경 방향을 따라 회전 테이블(2)에 대하여 수평으로 신장되도록 설치되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 있어서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 반응 가스 노즐(31)은, 배관(110), 유량 제어기(120) 등을 통해, 제1 반응 가스의 공급원(130)에 접속되어 있다. 반응 가스 노즐(32)은, 배관(111), 유량 제어기(121) 등을 통해, 제2 반응 가스의 공급원(131)에 접속되어 있다. 클리닝 가스 노즐(33)은, 배관(112), 유량 제어기(122) 등을 통해, 클리닝 가스의 공급원(132)에 접속되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 모두 도시되지 않은 배관, 유량 제어 밸브 등을 통해, 분리 가스의 공급원(도시되지 않음)에 접속되어 있다. 분리 가스로서는, 헬륨(He) 가스나 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스나 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에서는, N2 가스를 사용하는 예를 들어 설명한다.
반응 가스 노즐(31, 32)에는, 회전 테이블(2)을 향해서 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(35)(도 4)이, 반응 가스 노즐(31, 32)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10mm의 간격으로 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31)의 하방 영역은, 제1 반응 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)이 된다. 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 제1 처리 영역(P1)에 있어서 웨이퍼(W)에 흡착된 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스를 공급하고, 반응 생성물의 분자층을 생성하는 제2 처리 영역(P2)이 된다. 또한, 반응 생성물의 분자층이, 퇴적(성막)되는 막을 구성한다.
제1 반응 가스는, 다양한 가스이면 되지만, 일반적으로는, 성막되는 막의 원료가 되는 원료 가스가 선택되고, 예를 들어 실리콘 산화막을 성막하는 경우에는, 비스터셔리 부틸아미노실란(BTBAS) 가스 등의 실리콘 함유 가스가 선택된다.
제2 반응 가스에는, 제1 반응 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성할 수 있는 반응 가스이면, 다양한 반응 가스를 사용할 수 있는데, 예를 들어 실리콘 산화막을 성막하는 경우에는 오존(O3) 가스 등의 산화 가스가 선택된다.
클리닝 가스 노즐(33)은, 클리닝을 행할 때에 사용되는 가스 노즐이다. 클리닝 가스 노즐(33)에는, 반응 가스 노즐(31, 32)과 마찬가지로, 회전 테이블(2)을 향해서 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(도시되지 않음)이, 클리닝 가스 노즐(33)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10mm의 간격으로 배열되어 있다. 도시된 예에서는, 클리닝 가스 노즐(33)은, 제1 처리 영역(P1)에 클리닝 가스를 공급한다.
또한, 클리닝 가스 노즐(33)은, 제2 처리 영역(P2)에 클리닝 가스를 공급 가능한 위치에 설치되어 있어도 된다. 또한, 제1 처리 영역(P1)에 클리닝 가스를 공급 가능한 위치 및 제2 처리 영역(P2)에 클리닝 가스를 공급 가능한 위치에 설치되어 있어도 된다. 클리닝 가스는, 다양한 가스이면 되지만, 예를 들어 실리콘 산화막을 제거하는 경우에는, 불화 염소(ClF3), 삼불화 질소(NF3) 등의 불소계 가스가 선택된다. 또한, 이들 가스를 조합해도 된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 진공 용기(1) 내에는 2개의 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 볼록 형상부(4)는, 분리 가스 노즐(41, 42)과 함께 분리 영역 D를 구성하기 때문에, 회전 테이블(2)을 향해서 돌출되도록 천장판(11)의 하면에 장착되어 있다. 또한, 볼록 형상부(4)는, 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고, 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 내부 원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외부 원호가 진공 용기(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다.
도 4는, 도 1의 성막 장치의 회전 테이블의 동심원을 따른 진공 용기의 개략 단면도이며, 반응 가스 노즐(31)로부터 반응 가스 노즐(32)까지 회전 테이블(2)의 동심원을 따른 진공 용기(1)의 단면을 나타내고 있다. 또한, 도 4에서는, 설명의 편의상, 웨이퍼(W)의 도시가 생략되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 천장판(11)의 하면에 볼록 형상부(4)가 장착되어 있다. 이로 인해, 진공 용기(1) 내에는, 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과 천장면(44)의 주위 방향의 양측에 위치하는, 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재한다. 천장면(44)은, 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 볼록 형상부(4)에는 주위 방향의 중앙에서, 직경 방향으로 신장되도록 형성된 홈부(43)가 형성되고, 분리 가스 노즐(42)이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 또 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되어, 분리 가스 노즐(41)이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 또한, 높은 천장면(45)의 하방 공간에 반응 가스 노즐(31, 32)이 각각 설치되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32)은, 천장면(45)으로부터 이격해서 웨이퍼(W)의 근방에 설치되어 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 높은 천장면(45)의 하방 우측 공간(481)에 반응 가스 노즐(31)이 설치되고, 높은 천장면(45)의 하방 좌측 공간(482)에 반응 가스 노즐(32)이 설치된다.
또한, 볼록 형상부(4)의 홈부(43)에 수용되는 분리 가스 노즐(41, 42)에는, 회전 테이블(2)을 향해서 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(42h)(도 4)이, 분리 가스 노즐(41, 42)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10mm의 간격으로 배열되어 있다.
천장면(44)은, 협소한 공간인 분리 공간 H를 회전 테이블(2)에 대하여 형성하고 있다. 분리 가스 노즐(42)의 가스 토출 구멍(42h)으로부터 N2 가스가 공급되면, N2 가스는, 분리 공간 H를 통해서 공간(481) 및 공간(482)을 향해서 흐른다. 이 때, 분리 공간 H의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다도 작기 때문에, N2 가스에 의해 분리 공간 H의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비하여 높일 수 있다. 즉, 공간(481 및 482) 사이에 압력이 높은 분리 공간 H가 형성된다. 또한, 분리 공간 H로부터 공간(481 및 482)으로 흘러나오는 N2 가스가, 제1 처리 영역(P1)으로부터의 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역(P2)으로부터의 제2 반응 가스에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서, 제1 처리 영역(P1)으로부터의 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역(P2)으로부터의 제2 반응 가스가 분리 공간 H에 의해 분리된다. 따라서, 진공 용기(1) 내에서 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 혼합되고, 반응하는 것이 억제된다.
또한, 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은, 성막 시의 진공 용기(1) 내의 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도, 분리 가스의 공급량 등을 고려하여, 분리 공간 H의 압력을 공간(481, 482)의 압력에 비하여 높게 하기에 적합한 높이로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 천장판(11)의 하면에는, 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸는 돌출부(5)(도 2 및 도 3)가 마련되어 있다. 돌출부(5)는, 본 발명의 실시 형태에서는, 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속되어 있고, 그 하면이 천장면(44)과 동일한 높이로 형성되어 있다.
먼저 참조한 도 1은, 도 3의 I-I' 선을 따른 단면도이며, 천장면(45)이 설치되어 있는 영역을 나타내고 있다. 한편, 도 5는, 천장면(44)이 설치되어 있는 영역을 나타내는 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부(진공 용기(1)의 외연측의 부위)에는, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡하는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 굴곡부(46)는, 볼록 형상부(4)와 마찬가지로, 분리 영역 D의 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 억제하고, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스의 혼합을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 설치되고, 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 분리할 수 있게 되어 있는 점에서, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간 간극이 있다. 굴곡부(46)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은, 예를 들어 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이와 동일한 치수로 설정되어 있다.
용기 본체(12)의 내주면은, 분리 영역 D에서는 도 5에 도시되도록 굴곡부(46)의 외주면과 접근해서 수직면으로 형성되어 있으나, 분리 영역 D 이외의 영역에서는 도 1에 도시되도록 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저부(14)에 걸쳐 외측으로 오목하게 되어 있다. 이하, 설명의 편의상, 대략 직사각형의 단면 형상을 갖는 오목해진 부분을 배기 영역이라고 기재한다. 구체적으로는, 제1 처리 영역(P1)에 연통하는 배기 영역을 제1 배기 영역 E1로 기재하고, 제2 처리 영역(P2)에 연통하는 영역을 제2 배기 영역 E2로 기재한다. 제1 배기 영역 E1 및 제2의 배기 영역 E2의 저부에는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)가 형성되어 있다. 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각 배기관(63)을 통해서 진공 배기 수단인 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다. 또한, 진공 펌프(64)와 배기관(63) 사이에, 압력 제어기(65)가 설치된다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(14) 사이의 공간에는, 도 1 및 도 5에 도시되도록 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 통해서 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)가, 프로세스 레시피에서 결정된 온도로 가열된다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는, 링상의 커버 부재(71)가 설치되어 있다(도 5). 이에 따라, 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 제1 배기 영역 E1, 제2 배기 영역 E2에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여져 있는 분위기를 구획해서 회전 테이블(2)의 하방 영역에 대한 가스의 침입을 억제할 수 있다. 커버 부재(71)는, 회전 테이블(2)의 외연부 및 외연부보다도 외주측을 하방측으로부터 면하도록 설치된 내측 부재(71a)와, 내측 부재(71a)와 진공 용기(1)의 내주면 사이에 설치된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는, 분리 영역 D에서 볼록 형상부(4)의 외연부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접해서 설치되어 있다. 내측 부재(71a)는, 회전 테이블(2)의 외연부 하방(및 외연부보다도 약간 외측 부분의 하방)에서, 히터 유닛(7)을 전체 주위에 걸쳐 둘러싸고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심측의 부위에서의 저부(14)는, 회전 테이블(2)의 하면 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 접근하도록 상방측으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 돌출부(12a)와 코어부(21)의 사이는 좁은 공간으로 되어 있으며, 또한 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁아지고 있어서, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통되어 있다. 그리고 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 N2 가스를 좁은 공간 내에 공급해서 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 설치되어 있다. 또한 진공 용기(1)의 저부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방에서 주위 방향에 소정의 각도 간격으로, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 복수의 퍼지 가스 공급관(73)이 설치되어 있다(도 5에는 하나의 퍼지 가스 공급관(73)을 나타냄). 또한, 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2) 사이에는, 히터 유닛(7)이 설치된 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위하여, 외측 부재(71b)의 내주면(내측 부재(71a)의 상면)으로부터 돌출부(12a)의 상단부 사이를 주위 방향에 걸쳐 덮는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다. 덮개 부재(7a)는, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다.
또한, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있어서, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 N2 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 공간(50)을 통해서 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 상면을 따라 주연을 향해서 토출된다. 공간(50)은 분리 가스에 의해 공간(481) 및 공간(482)보다도 높은 압력으로 유지될 수 있다. 따라서, 공간(50)에 의해, 제1 처리 영역(P1)에 공급되는 BTBAS 가스와 제2 처리 영역(P2)에 공급되는 O3 가스가, 중심 영역 C를 통해서 혼합하는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)(또는 중심 영역 C)은 분리 공간 H(또는 분리 영역 D)와 마찬가지로 기능할 수 있다.
또한, 진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 외부의 반송 아암(10)(도 3)과 회전 테이블(2) 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 반송구(15)는, 도시되지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다. 또한, 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 오목부(2a)는 반송구(15)에 대향하는 위치에서 반송 아암(10) 사이에서 웨이퍼(W)의 수수가 행하여진다. 이로 인해, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 수수 위치에 대응하는 부위에, 오목부(2a)를 관통해서 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어 올리기 위한 수수용 승강 핀 및 그의 승강 기구(모두 도시되지 않음)가 설치되어 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 장치 전체의 동작 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로부터 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있다. 제어부(100)의 메모리 내에는, 제어부(100)의 제어 하에, 후술하는 클리닝 방법을 성막 장치에 실시시키는 프로그램이 저장되어 있다. 프로그램은, 후술하는 클리닝 방법을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있다. 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 매체(102)에 기억되어, 소정의 판독 장치에 의해 기억부(101)에 읽어 들여져, 제어부(100) 내에 인스톨된다.
(성막 방법)
이어서, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치에 의한 성막 방법(성막 공정)에 대해서 설명한다. 이하에서는, 실리콘 산화막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다.
먼저, 오목부(2a)가 반송구(15)(도 2 및 도 3)에 대향하는 위치가 되도록 회전 테이블(2)을 회전시킨 후, 게이트 밸브(도시되지 않음)를 개방한다. 계속해서, 반송 아암(10)에 의해 반송구(15)를 통해서 웨이퍼(W)를 진공 용기(1) 내에 반입한다. 웨이퍼(W)는, 승강 핀(도시되지 않음)에 의해 수취되어, 반송 아암(10)이 진공 용기(1)로부터 뽑힌 후에, 승강 기구(도시되지 않음)에 의해 구동되는 승강 핀에 의해 오목부(2a)로 내릴 수 있다. 상기 일련의 동작을 6회 반복하고, 6매의 웨이퍼(W)를 대응하는 오목부(2a)에 적재한다.
계속해서, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 N2 가스를 공급하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)으로부터도 N2 가스를 공급함과 함께, 진공 펌프(64) 및 압력 제어기(65)(도 1)에 의해, 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 압력으로 유지한다. 또한, 회전 테이블(2)을 소정의 속도로, 예를 들어 시계 방향(도 3의 화살표 A의 방향)으로 회전시킨다. 회전 테이블(2)은, 히터 유닛(7)보다 미리 소정의 온도로 가열되어 있고, 이에 따라, 회전 테이블(2)에 적재되는 웨이퍼(W)가 가열된다. 웨이퍼(W)가 가열되어, 소정의 온도로 유지된 후, 반응 가스 노즐(31)로부터 제1 처리 영역(P1)에 BTBAS 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 제2 처리 영역(P2)에 O3 가스를 공급한다.
웨이퍼(W)가 반응 가스 노즐(31)의 하방의 제1 처리 영역(P1)을 통과할 때에, 웨이퍼(W)의 표면에 BTBAS 분자가 흡착된다. 또한, 웨이퍼(W)가 반응 가스 노즐(32)의 하방의 제2 처리 영역(P2)을 통과할 때에, 웨이퍼(W)의 표면에 O3 분자가 흡착되는 것에 의해, O3에 의해 BTBAS 분자가 산화된다. 따라서, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1) 및 제2 처리 영역(P2)의 양쪽을 1회 통과하면, 웨이퍼(W)의 표면에 산화 실리콘에 1분자층(또는 2이상의 분자층)이 형성된다. 계속해서, 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1) 및 제2 처리 영역(P2)을 교대로 복수회 통과하고, 소정의 막 두께를 갖는 실리콘 산화막이 웨이퍼(W)의 표면에 퇴적된다. 소정의 막 두께를 갖는 실리콘 산화막이 퇴적된 후, BTBAS 가스 및 O3 가스의 공급을 정지하고, 회전 테이블(2)의 회전을 정지한다. 그리고, 반입 동작과 역의 동작에 의해 반송 아암(10)에 의해 웨이퍼(W)를 진공 용기(1)로부터 반출하고, 성막 프로세스가 종료된다.
이와 같이, 성막 공정에서는, 웨이퍼(W)의 표면에 BTBAS 가스와 O3 가스의 반응 생성물인 실리콘 산화막을 성막하는 것이 가능하다.
그런데, 성막 공정에서는, 웨이퍼(W)의 표면뿐만 아니라, 회전 테이블(2)의 상면, 측면, 하면 등에도 가스가 노출되기 때문에, 웨이퍼(W)의 표면 뿐만 아니라, 회전 테이블(2)의 상면, 측면, 하면 등에도 실리콘 산화막 등의 반응 생성물이 성막되어 버린다. 그리고, 회전 테이블(2)의 상면, 측면, 하면 등에 성막되는 실리콘 산화막 등의 반응 생성물의 막 두께가 두꺼워지면, 반응 생성물이 박리되고, 파티클이 된다. 이와 같이 진공 용기(1) 내에서 파티클이 발생하면, 웨이퍼(W)의 표면에 성막되는 실리콘 산화막의 막 중에 파티클이 도입되고, 막질이 저하된다.
그래서, 회전 테이블(2)의 상면에 소정의 막 두께의 반응 생성물이 성막된 경우, 웨이퍼(W)에 성막되는 실리콘 산화막의 막 중에 포함되는 파티클이 소정량을 초과한 경우, 소정의 연속 운전 시간을 경과한 경우 등에, 클리닝을 행하는 것이 일반적이다.
그러나, 클리닝 가스를 공급하는 노즐과, 회전 테이블의 간격이 좁을 경우, 노즐로부터 공급되는 클리닝 가스의 유속이 빠르고, 클리닝 가스의 대부분이 회전 테이블의 상면에 퇴적된 막을 제거하기 전에 배기된다. 그로 인해, 회전 테이블의 상면에 퇴적된 막을 제거하는 데 요하는 클리닝 시간이 길어지고, 또한, 회전 테이블의 면 내에 있어서 퇴적된 막이 제거되는 시간에 차가 생기고 있었다.
이하에서는, 클리닝 시간을 단축하고, 균일성이 높은 클리닝을 행할 수 있는 본 발명의 실시 형태에 관한 클리닝 방법에 대해서 설명한다.
(클리닝 방법)
이어서, 본 발명의 실시 형태에 관한 클리닝 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 실시 형태에 관한 클리닝 방법은, 회전 테이블(2)의 상하 방향의 위치를 상이하게 해서 행하는 2개의 클리닝 공정(제1 클리닝 공정 및 제2 클리닝 공정)을 포함한다. 제1 클리닝 공정은, 진공 용기(1) 내에서 회전 테이블(2)을, 제1 클리닝 위치에서 회전시킨 상태로, 회전 테이블(2)의 기판 적재면의 상방으로부터 클리닝 가스를 공급하는 공정이다. 제2 클리닝 공정은, 회전 테이블(2)을, 제1 클리닝 위치보다도 하방인 제2 클리닝 위치에서 회전시킨 상태로, 회전 테이블(2)의 기판 적재면의 상방으로부터 클리닝 가스를 공급하는 공정이다. 제1 클리닝 공정 및 제2 클리닝 공정에서 사용하는 클리닝 가스는, 동일한 가스여도 되고, 다른 가스여도 된다.
이하, 상술한 성막 방법을 사용하여 실리콘 산화막을 성막했을 때에 회전 테이블(2)의 상면, 측면, 하면 등에 퇴적한 실리콘 산화막 등의 반응 생성물을 제거하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 6은, 본 발명의 실시 형태의 클리닝 방법의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 7 및 도 8은, 도 1의 성막 장치의 회전 테이블의 승강 동작을 설명하기 위한 개략 단면도이며, 도 7은, 회전 테이블을 상승시켰을 때의 상태를 나타내고, 도 8은, 회전 테이블을 하강시켰을 때의 상태를 나타내고 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 형태의 클리닝 방법은, 제1 퍼지 공정, 제1 클리닝 공정, 제2 클리닝 공정 및 제2 퍼지 공정을 포함하고, 이들 공정을 차례로 행하는 것이다. 또한, 제1 퍼지 공정 및 제2의 퍼지 공정에 대해서는, 생략하는 것도 가능하다.
우선, 제1 퍼지 공정에서는, 회전 테이블(2)의 오목부(2a)에 웨이퍼(W)가 적재되지 않은 상태에서, 구동부(23)에 의해 회전 테이블(2)을 up 위치로 이동시켜, 분리 가스 노즐(41, 42), 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)으로부터 N2 가스를 공급한다. 이때, 진공 펌프(64) 및 압력 제어기(65)에 의해, 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 압력으로 유지한다. 이에 의해, 진공 용기(1) 내가 N2 가스 분위기가 된다.
계속해서, 제1 클리닝 공정에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)을 up 위치에서 유지한 상태에서, 소정의 속도로 회전시켜, 클리닝 가스 노즐(33)로부터 제1 처리 영역(P1)에 ClF3 가스를 공급한다. 제1 시간 T1의 경과 후, ClF3 가스의 공급을 정지한다. 제1 시간 T1은, 회전 테이블(2)의 상면, 측면, 하면 등에 퇴적한 반응 생성물의 막 두께에 따라 정할 수 있다.
계속해서, 제2 클리닝 공정에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 구동부(23)에 의해 회전 테이블(2)을 down 위치로 이동시켜, down 위치에 있어서 소정의 속도로 회전시켜, 클리닝 가스 노즐(33)로부터 제1 처리 영역(P1)에 ClF3 가스를 공급한다. down 위치는, up 위치보다도 하방의 위치이다. 제2 시간 T2의 경과 후, ClF3 가스의 공급을 정지한다. 제2 시간 T2는, 회전 테이블(2)의 상면, 측면, 하면 등에 퇴적한 반응 생성물의 막 두께에 따라 정할 수 있다.
계속해서, 제2 퍼지 공정에서는, 회전 테이블(2)을 down 위치로 유지한 상태에서, 분리 가스 노즐(41, 42), 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)으로부터 N2 가스를 공급한다. 이때, 진공 펌프(64) 및 압력 제어기(65)에 의해, 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 압력으로 유지한다. 소정 시간의 경과 후, 분리 가스 노즐(41, 42), 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)로부터의 N2 가스의 공급을 정지하고, 클리닝 처리를 종료한다.
본 발명의 실시 형태에 관한 클리닝 방법에서는, 회전 테이블(2)의 상하 방향의 위치가 상이한 2개의 위치(up 위치 및 down 위치)에 있어서, 진공 용기(1) 내에 클리닝 가스를 공급해서 회전 테이블(2)의 상면, 측면, 하면 등의 클리닝을 행한다. up 위치에서는, 회전 테이블(2)의 상면과 클리닝 가스 노즐(33)의 간격이 좁으므로, 클리닝 가스 노즐(33)로부터 공급되는 ClF3 가스의 유속을 올려서 회전 테이블(2)의 상면에 체류하는 시간을 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 회전 테이블(2)의 측면 및 하면에 퇴적한 실리콘 산화막 등의 반응 생성물의 에칭 속도를 높일 수 있다. down 위치에서는, 회전 테이블(2)의 상면과 클리닝 가스 노즐(33)의 간격이 넓으므로, 클리닝 가스 노즐(33)에서 공급되는 ClF3 가스의 유속을 내려서 체류 시간을 길게 할 수 있다. 이에 의해, 회전 테이블(2)의 상면에 퇴적한 실리콘 산화막 등의 반응 생성물의 에칭 속도를 높일 수 있다. 이와 같이, up 위치에 있어서 회전 테이블(2)의 측면 및 하면에 퇴적한 실리콘 산화막 등의 반응 생성물을 효율적으로 제거하고, 또한, down 위치에 있어서 회전 테이블(2)의 상면에 퇴적한 실리콘 산화막 등의 반응 생성물을 효율적으로 제거할 수 있다. 그 결과, 클리닝 시간을 단축하고, 균일성이 높은 클리닝을 행할 수 있다.
또한, 회전 테이블(2)의 상면에 퇴적한 실리콘 산화막 등의 반응 생성물의 퇴적량과 회전 테이블(2)의 측면 및/또는 하면에 퇴적한 실리콘 산화막 등의 반응 생성물의 퇴적량에 기초하여, 제1 시간 T1과 제2 시간 T2의 비율을 결정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 회전 테이블(2)의 상면에 퇴적한 실리콘 산화막 등의 반응 생성물의 퇴적량이, 회전 테이블(2)의 측면 및/또는 하면에 퇴적한 실리콘 산화막 등의 반응 생성물의 퇴적량보다도 많은 경우, 제2 시간 T2을 제1 시간 T1보다도 길게 하는 것이 바람직하다. 이에 대해, 회전 테이블(2)의 측면 및/또는 하면에 퇴적된 실리콘 산화막 등의 반응 생성물의 퇴적량이, 회전 테이블(2)의 상면에 퇴적된 실리콘 산화막 등의 반응 생성물의 퇴적량보다도 많은 경우, 제1 시간 T1을 제2 시간 T2보다도 길게 하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 클리닝 공정에서는, 분리 가스 공급관(51)으로부터 공급되는 N2 가스의 유량을 제1 클리닝 공정보다도 작게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 회전 테이블(2)의 중심 영역 C로부터 제1 배기 영역 E1, 제2 배기 영역 E2를 향해서 흐르는 클리닝 가스의 유속이 낮아진다. 이로 인해, 클리닝 가스가 회전 테이블(2)의 상면에 체류하는 시간이 길어지고, 회전 테이블(2)의 상면에 퇴적한 실리콘 산화막 등의 반응 생성물을 보다 효율적으로 제거할 수 있다.
상기의 실시 형태에 관한 클리닝 방법에서는, 제1 클리닝 공정에 있어서, up 위치에서 클리닝을 행하고, 이어서 제2 클리닝 공정에 있어서, down 위치에서 클리닝을 행하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는, 본 발명의 실시 형태의 클리닝 방법의 다른 예를 나타내는 타이밍 차트이다.
본 발명의 실시 형태에 관한 클리닝 방법에서는, 예를 들어 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 제2 클리닝 공정의 후, 제1 클리닝 공정을 행해도 된다. 또한, 제1 클리닝 공정은, 회전 테이블(2)을 up 위치에서 유지된 상태로 클리닝을 행하는 공정이다. 또한, 제2 클리닝 공정은, 회전 테이블(2)을 down 위치에서 유지된 상태로 클리닝을 행하는 공정이다.
또한, 예를 들어 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 클리닝 공정의 후이며, 제2 클리닝 공정 전에, 제3 클리닝 공정을 행해도 된다. 또한, 제3 클리닝 공정은, 회전 테이블(2)을 up 위치에서 down 위치로 하강하면서 클리닝을 행하는 공정이다.
또한, 예를 들어 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 제2 클리닝 공정의 후이며, 제1 클리닝 공정 전에, 제4 클리닝 공정을 행해도 된다. 또한, 제4 클리닝 공정은, 회전 테이블(2)을 down 위치에서 up 위치로 상승시키면서 클리닝을 행하는 공정이다.
또한, 예를 들어 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이, 제1 클리닝 공정과 제2 클리닝 공정을 교대로 반복하여 행해도 된다.
또한, 예를 들어 도 9의 (e)에 도시된 바와 같이, 제1 클리닝 공정, 제3 클리닝 공정, 제2 클리닝 공정 및 제4 클리닝 공정을, 차례로 반복하여 행해도 된다.
이상, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 설명했지만, 상기 내용은, 발명의 내용을 한정하는 것은 아니고, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다.
상기의 실시 형태에서는, 성막하는 막이 실리콘 산화막인 경우를 예로 들어 설명했지만, 다른 막을 성막하는 경우에도, 본 발명의 실시 형태에 관한 클리닝 방법을 적용하는 것이 가능하다.
상기의 실시 형태에서는, 회전 테이블(2) 상에 적재한 복수매의 웨이퍼(W)에 대하여 일괄하여 성막 처리를 행하는 세미배치식의 성막 장치를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 웨이퍼 보트에 적재된 다수매의 웨이퍼(W)에 의해 1개의 배치를 구성하고, 1개의 배치 단위로 성막 처리를 행하는 배치식 성막 장치여도 되고, 1매씩 성막 처리를 행하는 매엽식 성막 장치여도 된다.
1: 진공 용기
2: 회전 테이블
2a: 오목부
5: 돌출부
31: 반응 가스 노즐
32: 반응 가스 노즐
33: 클리닝 가스 노즐
51: 분리 가스 공급관
C: 중심 영역
D: 분리 영역
P1: 제1 처리 영역
P2: 제2 처리 영역
W: 웨이퍼

Claims (19)

  1. 처리실 내에서 기판을 상면에 적재 가능한 회전 테이블과, 회전 테이블의 상방에 회전 테이블의 회전 방향을 따라서 서로 이격해서 배치된 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역과, 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역 사이에 배치된 분리 영역이 설치되고,
    상기 분리 영역에 상기 처리실 내의 천장면 측으로부터 하방을 향해서 돌출되는 돌출부가 마련되어 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역보다도 낮은 천장면이 형성되고, 상기 제1 처리 영역 및/또는 상기 제2 처리 영역에 클리닝 가스, 상기 분리 영역에 퍼지 가스가 공급 가능하며,
    상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해서 상기 처리실 내의 중심부에 위치하고, 상기 회전 테이블의 기판 적재면에 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급관이 설치된 중심 영역을 갖는 성막 장치를 사용한 클리닝 방법에 있어서,
    상기 회전 테이블을, 제1 클리닝 위치에서 회전시킨 상태에서, 상기 회전 테이블의 기판 적재면의 상방으로부터 클리닝 가스를 공급하는 제1 클리닝 공정과,
    상기 회전 테이블을, 상기 제1 클리닝 위치보다도 하방인 제2 클리닝 위치에서 회전시킨 상태에서, 상기 회전 테이블의 기판 적재면의 상방으로부터 상기 클리닝 가스를 공급하는 제2 클리닝 공정
    을 포함하고,
    상기 제2 클리닝 공정은, 상기 중심 영역으로부터 공급되는 분리 가스의 유량을 상기 제1 클리닝 공정보다도 작게 한 상태에서 행하는 공정인,
    클리닝 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 처리 영역에 제1 반응 가스, 상기 제2 처리 영역에 제2 반응 가스, 상기 분리 영역에 퍼지 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써, 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스의 반응 생성물을 기판에 성막하는 성막 공정을 갖고,
    상기 성막 공정을 반복함으로써, 상기 회전 테이블의 상면에 소정의 막 두께의 막이 성막되었을 때에 상기 제1 클리닝 공정 및 상기 제2 클리닝 공정을 행하는,
    클리닝 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 소정의 막은, 실리콘 산화막인,
    클리닝 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 클리닝 공정의 후, 상기 제2 클리닝 공정을 행하는,
    클리닝 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 클리닝 공정의 후이며, 상기 제2 클리닝 공정 전에, 상기 회전 테이블을, 상기 제1 클리닝 위치에서 상기 제2 클리닝 위치로 이동시키면서 회전시킨 상태에서, 상기 회전 테이블의 기판 적재면의 상방에서 상기 클리닝 가스를 공급하는 제3 클리닝 공정을 포함하는,
    클리닝 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 클리닝 공정의 후, 상기 제1 클리닝 공정을 행하는,
    클리닝 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 클리닝 공정의 후이며, 상기 제1 클리닝 공정 전에, 상기 회전 테이블을, 상기 제2 클리닝 위치에서 상기 제1 클리닝 위치로 이동시키면서 회전시킨 상태에서, 상기 회전 테이블의 기판 적재면의 상방에서 상기 클리닝 가스를 공급하는 제4 클리닝 공정을 포함하는,
    클리닝 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 클리닝 공정과 상기 제2 클리닝 공정을 교대로 반복하는,
    클리닝 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 클리닝 공정 후에, 상기 회전 테이블을, 상기 제1 클리닝 위치에서 상기 제2 클리닝 위치로 이동시키면서 회전시킨 상태에서, 상기 회전 테이블의 기판 적재면의 상방으로부터 상기 클리닝 가스를 공급하는 제3 클리닝 공정과,
    상기 제2 클리닝 공정 후에, 상기 회전 테이블을, 상기 제2 클리닝 위치에서 상기 제1 클리닝 위치로 이동시키면서 회전시킨 상태에서, 상기 회전 테이블의 기판 적재면의 상방으로부터 상기 클리닝 가스를 공급하는 제4 클리닝 공정
    을 포함하고,
    상기 제1 클리닝 공정, 상기 제3 클리닝 공정, 상기 제2 클리닝 공정 및 상기 제4 클리닝 공정을 이 차례로 반복하는,
    클리닝 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클리닝 가스는, ClF3 가스를 포함하는,
    클리닝 방법.
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