TWI589726B - 使用多區域氣體進料器之電漿處理室中的共用氣體面板 - Google Patents

使用多區域氣體進料器之電漿處理室中的共用氣體面板 Download PDF

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Description

使用多區域氣體進料器之電漿處理室中的共用氣體面板 【優先權主張】
本申請案主張於2012年3月27日(代理人案號P2249/LMRX-P224)提出申請之名為「電漿處理系統中之共用氣體面板」的美國專利申請案第13/431,946號之優先權，且本案為其部分延續申請案，其係特別併入於此作為參考。
本發明關於一種使用多區域氣體進料器之電漿處理室中的共用氣體面板。
基板處理系統長期以來被用以處理基板以生產電子裝置(如積體電路晶粒或平面顯示面板或太陽能面板)。在現今的基板處理系統中，每個系統可設置複數處理模組(PMs)。此係為人所知的叢集工具法，且通常已知叢集工具包含複數處理模組，用以平行地處理複數基板。
總體而言，每個處理模組係配置以根據相同或不同的配方/製程，處理一或更多基板。由於對基板之處理通常需要複數處理氣體(如蝕刻或沉積或調諧氣體)，因此在過去，每個處理模組(或腔室，因為用語「腔室」在本文中可與「處理模組」互換使用)通常設置各自的氣體面板以選擇性地提供一組必要之處理氣體至處理模組，以執行期望之配方。
為了詳細說明，氣體面板表示一種配置，以執行下列功能：接收複數處理氣體，依照配方所指定之參數，選擇性地提供複數處理氣體之挑選出來的氣體至處理模組。此等參數可包含例如體積、壓力、及溫度之一或更多者。
然而，氣體面板係為相當笨重，且為購買、操作和維護上相 對昂貴之產品。典型的氣體面板包含複數輸入及輸出氣體管路、用於體積/壓力控制以及用於個別處理氣體之安全性/隔離之複數閥、和相連之感應器/控制/通信電子。典型之氣體面板通常亦包含一混合歧管，用以混合處理氣體，再將此等處理氣體供應至處理模組。大量的元件增加了購買、操作、及維護基板處理系統之成本。
再者，一些電漿處理室，如介電質蝕刻腔室，需要數個氣體進料器至腔室之不同區或區域。在採用雙區域氣體進料器之介電質蝕刻工具的範例中，配方可指定將60%之處理氣體引導至中心區域，40%之處理氣體引導至邊緣區域。在相同腔室中之後續的配方可指定72%之處理氣體引導至中心區域且28%之處理氣體引導至邊緣區域。採用多區域氣體進料器之商業可行的介電質蝕刻器需要依照不同配方之指定，準確地針對各種區域調節一個範圍內之比例。
藉由簡化及/或減少氣體面板之數量，同時仍有效地對於各別腔室調節多區域氣體進料器需求，得以降低基板處理系統之取得、操作、及維護成本。
在一實施例中，本發明關於氣體供應傳輸配置，用以供應處理氣體至電漿處理系統之複數多區域氣體進料器腔室。該配置包含複數氣體供應導管和一共用氣體面板，該共用氣體面板耦接以接收來自該複數氣體供應導管之複數不同氣體，該共用氣體面板混合該等不同氣體以產生混合氣體及均勻地切分該混合氣體，以供應該混合氣體之一部份至該複數多區域氣體進料器腔室之每一者。該配置更包含複數多區域氣體進料器裝置，包含至少兩個多區域氣體進料器裝置，耦接於該共用氣體面板下游處。該複數多區域氣體進料器裝置之每一者係配置以可調節地將複數多區域氣體進料器裝置之每一者接收自共用氣體面板之該混合氣體的該部份切分成複數氣體區域流，流至該複數多區域氣體進料器腔室的多區域氣體進料器腔室之複數不同區域。
在另一實施例中，本發明關於一種用以供應處理氣體至電漿處理系統之複數多區域氣體進料器腔室之方法。該方法包含提供包含至少兩個多區域氣 體進料器裝置之複數多區域氣體進料器裝置，並使來自複數氣體供應導管之複數不同氣體流動至共用氣體面板。共用氣體面板混合該等不同氣體以產生混合氣體，並均勻地切分該混合氣體以將該混合氣體之一部分供應至該複數多區域氣體進料器裝置之每一者。該方法亦包含使用多區域氣體進料器裝置之每一者，可調節地切分該混合氣體之該部份為複數氣體區域流，流至該複數多區域氣體進料器腔室中的多區域氣體進料器腔室之複數不同區域。
1‧‧‧共用氣體面板
2‧‧‧共用氣體面板
100‧‧‧叢集工具
102‧‧‧氣體排空密封結構
110‧‧‧氣體供應器
202‧‧‧共用氣體面板
204A‧‧‧氣體輸入管路
204B‧‧‧主閥件
204C‧‧‧質量流控制器
204D‧‧‧清洗閥件
204E‧‧‧混合閥件
206A‧‧‧氣體輸入管路
206B‧‧‧主閥件
206C‧‧‧質量流控制器
206D‧‧‧清洗閥件
206E‧‧‧混合閥件
208A‧‧‧氣體輸入管路
208B‧‧‧主閥件
208C‧‧‧質量流控制器
208D‧‧‧清洗閥件
208E‧‧‧混合閥件
210A‧‧‧氣體輸入管路
210B‧‧‧主閥件
210C‧‧‧質量流控制器
210D‧‧‧清洗閥件
210E‧‧‧混合閥件
250‧‧‧混合歧管
250A‧‧‧氣體管路部
252‧‧‧混合歧管
252A‧‧‧氣體管路部
260‧‧‧隔離閥件
262‧‧‧隔離閥件
302‧‧‧平面部
310‧‧‧氣體管路部
310A‧‧‧部件
310B‧‧‧水平部
320‧‧‧孔
322‧‧‧孔
324‧‧‧孔
360‧‧‧氣體管路
362‧‧‧管路
364‧‧‧管路
366‧‧‧T型連接器
368‧‧‧L型連接器
370‧‧‧T型連接器
372‧‧‧T型連接器
374‧‧‧L型連接器
376‧‧‧T型連接器
380‧‧‧線
386‧‧‧平面部
402‧‧‧凸緣
404‧‧‧輸出埠
406‧‧‧輸入埠
408‧‧‧輸出埠
412‧‧‧體部
414‧‧‧方向
414A‧‧‧安裝孔
414B‧‧‧安裝孔
414C‧‧‧安裝孔
414D‧‧‧安裝孔
502‧‧‧混合組件輸出埠
506‧‧‧方向
510‧‧‧混合歧管輸入埠
512‧‧‧位置
514‧‧‧混合歧管輸入埠
602‧‧‧氣體面板
604‧‧‧多區域氣體進料器
606‧‧‧氣體進料器
620‧‧‧導管
622‧‧‧導管
708‧‧‧多區域氣體進料器
720‧‧‧導管
722‧‧‧導管
740‧‧‧分流閥
742A‧‧‧導管
742B‧‧‧導管
750‧‧‧分流閥
752A‧‧‧導管
752B‧‧‧導管
802‧‧‧共用氣體面板
804‧‧‧多區域氣體進料器
806‧‧‧多區域氣體進料器
810‧‧‧導管
812‧‧‧導管
814‧‧‧導管
816‧‧‧腔室
818‧‧‧腔室
820‧‧‧導管
822‧‧‧導管
826‧‧‧導管
828‧‧‧導管
904‧‧‧光學發射光譜感應器
906‧‧‧光學發射光譜感應器
910‧‧‧多區域氣體進料器輸出閥
912‧‧‧多區域氣體進料器輸出閥
914‧‧‧多區域氣體進料器輸出閥
916‧‧‧多區域氣體進料器輸出閥
920‧‧‧多區域氣體進料器輸入閥
922‧‧‧多區域氣體進料器輸入閥
930‧‧‧邏輯單元
E1-E6‧‧‧出口閥
O1-O6‧‧‧孔口
I1-I6‧‧‧入口閥
本發明係藉由例示而非限制之方式顯示於隨附圖式中之圖形，且其中相似的參考數字表示相似的元件，且其中：
圖1呈現根據本發明之實施例中的配置，用以將處理氣體供應至叢集工具之一組處理模組。
圖2概念性地呈現根據本發明之實施例中，共用氣體面板(SGP)中之一些相關元件。
圖3呈現根據本發明之一或更多實施例中，共用氣體面板之一些相關元件的空間配置。
圖4呈現業界中常使用的混合閥類型之另一個視圖。
圖5呈現兩個焊件之交錯排列，該兩個焊件形成共用氣體面板之兩個混合歧管。
圖6呈現先前技術之多區域氣體進料器配置的典型範例，以增進討論。
圖7呈現氣體傳輸系統，複數腔室之間從而共用一些多區域氣體進料器(MGF)以增進討論。
圖8呈現根據本發明之一或更多實施例中之混合方法，藉此複數腔室之間可共用氣體面板以降低成本，而每個多區域腔室設置其各自的MGF。
圖9呈現根據本發明之一或更多實施例中，用以進行腔室及/或處理匹配之OES配置。
本發明現將參照如隨附圖式中呈現之其若干較佳實施方式加以詳述。在以下敘述中，提出許多具體細節以提供對本發明之深入了解。然而對熟悉本技藝者將顯而易見，本發明可在缺少這些具體細節的部份或所有者的情況下實施。在其它情況下，已為人所熟知之程序步驟以及/或是結構將不再詳述，以不非必要地妨礙本發明。
各種實施例係描述於下，包含方法和技術。吾人應謹記本發明亦可涵蓋包含電腦可讀取媒體之製品，該電腦可讀取媒體儲存了實施本發明技術之實施例的電腦可讀取指令。電腦可讀取媒體可包含例如半導體、磁性、光磁、光學、或其他形式之用以儲存電腦可讀取碼的電腦可讀取媒體。再者，本發明亦可涵蓋用以實施本發明實施例的設備。此設備可包含專用及/或可程式化之電路，以實施與本發明之實施例相關的任務。此設備之範例包含通用電腦及/或適當程式化之專用計算裝置，且可包含適用於和本發明之實施例相關之各種任務的電腦/計算裝置及專用/可程式化之電路之組合。
本發明之實施例關於用以減少基板處理系統中之氣體面板的數量及尺寸之方法和設備。在一或更多實施例中，本發明之發明人體認，若能建構基板處理系統並建立最佳做法，使得若相同叢集工具之複數處理模組在同一時間實施相同的配方，以在這些不同的處理模組中於不同的基板上執行相同之處理時，不需提供每個此等處理模組獨立可控制之氣體盒。在一實施例中，數個處理模組共用一氣體面板，從而減少了需要購買及維護之元件。每個共用氣體面板(SGP)可以同時服務兩個或更多處理模組。
更重要地，本發明之實施例包含配置及技術，以使共用氣體面板(SGP)之元件所佔據的體積最小化。例如，本發明之實施例包含交錯放置混合歧管，俾使數個混合歧管可如先前技術之歧管一樣，佔據相同的底面積。這點相當重要，因為現今之安全規範指定氣體面板之元件(如閥、質量流量控制器、及氣體管路連接器)需藉由密封結構與周圍環境隔離。密封結構中的空氣被不斷抽空並洗滌(亦即處理任何可能從氣體面板元件漏出之氣體，以將之移除或使之為較無害的)。在目前所使用之氣體面板範 例中，每分鐘需抽空及洗滌約150 CFM(每分鐘立方英尺)的密封結構空氣。每當叢集工具運作時，必需執行此抽空及洗滌，當使用大量的高容量氣體面板時，此抽空及洗滌對於叢集工具之擁有及操作成本的貢獻並非微不足道。
若叢集工具中使用較少氣體面板，需要抽空及洗滌之密封結構空氣亦較少，從而降低了擁有工具之成本。再者，若本發明之服務數個處理模組的共用氣體面板(SGP)可維持在較小的體積，俾使共用氣體面板之元件可置入較小的密封結構中，則需要抽空及洗滌之密封結構空氣亦較少，從而降低了擁有及操作叢集工具之成本。氣體面板及氣體密封結構較少時，氣體漏出至環境中的可能性亦可降低。
在一實施例中，本發明提供一種設備，用以將挑選出來的處理氣體供應至包含至少兩個處理模組之一組處理模組。本設備包含氣體排空密封結構(亦即將密封結構中之元件與周圍環境隔離之密封結構，且配置以使其內部之空氣經常或不斷地抽出至處理系統)。此密封結構中設置複數三埠式混合閥。每個三埠式混合閥包含一個輸入埠、第一輸出埠、和第二輸出埠。
處理氣體係使用複數上游主閥及/或質量流量控制器，選擇性地供應至混合閥之輸入埠。若上游主閥及/或質量流量控制器關閉，位於氣體管路上之上游主閥及/或質量流量控制器關閉，則與該氣體管路相連之處理氣體無法傳送至混合閥之輸入埠，而無法用於基板之處理。
在一實施例之每個三埠式混合閥中，輸入埠係耦接至第一輸出埠和第二輸出埠兩者，使得當三埠式混合閥開啟時，輸入埠將氣體供應至第一輸出埠及第二輸出埠兩者。當三埠式混合閥關閉時，輸入埠停止提供氣體至第一輸出埠和第二輸出埠兩者。
在另一實施例之每個三埠式混合閥中，輸入埠係選擇性地耦接至第一輸出埠和第二輸出埠兩者，俾使當三埠式混合閥開時，輸入埠提供氣體(取決於控制輸入端，其可為氣動式、液壓式、或電動式)至1)第一輸出埠和第二輸出埠兩者，或2)僅第一輸出埠，或3)僅第二輸出埠。當三埠式混合閥關閉時，輸入埠停止提供氣體至第一輸出埠和第二輸出埠 兩者。混合閥之第一輸出埠係耦接至第一混合歧管之複數輸入埠，而混合閥之第二輸出埠係耦接至第二混合歧管之複數輸入埠。第一混合歧管代表共用氣體歧管，在此共用氣體歧管內，來自各種混合閥之各種第一輸出埠的處理氣體進行混合，接著經由第一混合歧管輸出埠傳送至叢集工具的第一處理模組。第二混合歧管代表氣體歧管，在此氣體歧管內，來自各種混合閥之各種第二輸出埠的處理氣體進行混合，接著經由第二混合歧管輸出埠傳送至叢集工具的第二處理模組。雖然本範例中僅討論一個三埠式混合閥及兩個混合歧管，但吾人應理解亦可能有四埠式混合閥(1個輸入埠和3個輸出埠)搭配3個混合歧管，或一個五埠式混合閥(1個輸入埠和4個輸出埠)搭配4個混合歧管等等。在一實施例中，第一混合歧管及第二混合歧管係為平行定向，俾使其縱向軸線平行於一個第一方向，或使其歧管輸入埠大致排列為平行於第一方向。在一實施例中，此等混合歧管之每一者呈現出具有一縱向尺寸及一橫截面之大致管長狀。該橫截面可為圓形、或可為正方形或矩形、或任何其他封閉形狀。該縱向尺寸形成一軸線，平行於本實施例中前述之第一尺寸。
每一混合閥之每一組的三個埠(包含輸入埠、第一輸出埠和第二輸出埠)係排成一列，該列係平行於一第二方向。更重要地，第二方向係與第一方向成一角度，而第一方向係為混合歧管之定向方向。如本文所採用之術語，第二方向係視為與第一方向「成一角度」，而第二方向既不垂直亦不平行於第一方向。藉由交錯排列混合歧管且從而調整每個混合閥之角度，俾使其輸入埠、第一輸出埠、和第二輸出埠排列在一方向上，該方向係與混合歧管所定向之第一方向成一角度，該混合歧管可放置靠近彼此，進而減少共用氣體面板之元件的體積，並隨之減少放置此等元件之密封結構的體積。在某些情況下，數個混合歧管可佔用先前用以放置先前技術之歧管的相同底面積。
在一實施例中，混合閥佔據一特定平面。第一混合歧管設置於混合閥平面下方之第一平面上，同時將處理氣體供應至混合閥輸入埠之入口管路置於混合閥下方之第二平面上，而第二平面置於第一平面和混合閥之間。在一實施例中，第一混合歧管和第二混合歧管兩者設置於混合閥 下方之第一平面上，同時將處理氣體供應至混合閥之輸入埠的入口管路置於混合閥平面下方之第二平面上，第二平面設置於第一平面和混合閥平面之間。藉由將各種元件堆疊在不同垂直平面中，可進一步減少共用氣體面板元件之體積。
本發明實施例之特點及優點可參照以下之圖式及討論加以深入理解。
圖1呈現根據本發明之實施例的配置，用以將處理氣體供應至叢集工具100之一組處理模組PM1-PM4。氣體供應器110係顯示為提供處理氣體至共用氣體面板1和共用氣體面板2。總體而言，氣體供應器包含數個氣體管路，其每一者可提供來自氣體供應儲存區(例如透過適當供應配管之儲存罐)之一種特定處理氣體。共用氣體面板1係顯示為供應處理氣體至處理模組PM1和PM2兩者。在一實施例中，PM1及PM2兩者皆執行相同的配方。在另一實施例中，PM1和PM2可執行不同的配方。
雖然圖1之範例中僅顯示兩個共用氣體面板，但叢集工具可包含任何數量之共用氣體面板及各別(每個處理模組一個)之氣體面板或任何其混合物。再者，雖然圖中顯示兩個處理模組共用一個氣體面板，但共用氣體面板可依期望供應處理氣體至許多處理模組。再者，雖然圖中僅顯示四個處理模組，但叢集工具可具有期望數量之處理模組。共用氣體面板1係呈現具有氣體排空密封結構102，代表用以將共用氣體面板之元件與周圍環境隔離之環境殼體。在使用時，氣體排空密封結構102內之氣體係定期地或持續地(例如使用泵)抽空，以進行處理(例如洗滌)。
圖2概念性地呈現根據本發明之實施例中，共用氣體面板(SGP)202內之一些相關元件，如圖1之共用氣體面板1。SGP 202係顯示為透過四個氣體輸入管路204A、206A、208A、及210A接收四種處理氣體，雖然典型的SGP可接收17種或更多種氣體(氣體輸入管路之數量可依期望而變化)。氣體輸入管路204A、206A、208A、和210A之每一者係耦接至各自之主閥204B、206B、208B、和210B。每個主閥可編程地控制，以選擇可提供至混合歧管(討論於後)之處理氣體。雖然清洗閥和清洗系統係為習知且並非本發明之部份，此亦呈現清洗系統之一部分的一組清洗閥204D、 206D、208D、及210D。
質量流量控制器(MFC)204C、206C、208C、及210C與主閥204A、206A、208A、和210A氣體連接，以選擇性地接收來自主閥(取決於哪個主閥為開啟)之輸入處理氣體。如眾所周知，質量流量控制器係用以調節(包含關閉)所傳輸之氣體的流率及/或壓力。質量流量控制器之下游為混合閥，混合閥之每一者係與各自之質量流量控制器氣體連接。在圖2之範例中，兩個混合歧管以氣體連接的方式與混合閥204E、206E、208E、及210E之每一者連接。由於每一混合閥具有用以接收來自其相對應之歧管的處理氣體之一個輸入埠(例如，混合閥204E接收來自MFC 204C之處理氣體且混合閥208E接收來自MFC 208C之處理氣體)以及用以耦接至兩個混合歧管之兩個輸出埠，因此每一混合閥為三埠式閥(一個輸入埠及兩個輸出埠)。混合閥204E至210E可為例如氣動式、電動式、機械操作式、或液壓操作式。
混合歧管透過混合閥接收其輸入氣體，並混合該處理氣體，接著將該處理氣體透過隔離閥260傳輸至其處理模組PM 1。同樣地，混合歧管透過混合閥接收其輸入氣體，並混合該處理氣體，接著將該處理氣體透過隔離閥262傳輸至其處理模組PM2。隔離閥將處理模組自氣體面板隔離，並用以達成例如處理和維護過程中之體積/流量控制之目的
在圖2之範例中，混合閥為單一輸入雙重共同輸出之閥。換言之，當閥門處於開啟狀態時，來自輸入埠之氣體係同時提供至兩個輸出埠。在此情況下，每一混合閥實質上為分路閥且混合歧管兩者將接收相同類型之處理氣體。
在其它實施例中，正如前所討論，混合閥可選擇性地將來自其輸入埠之氣體提供至輸出埠之其中任何一者、提供至輸出埠之任何組合，或提供至所有輸出埠。具備此功能，便可在混合歧管中具有不同的混合物，以在例如與SGP 202相連之兩個處理模組中，執行不同的配方。如前所提及，若有2個以上之混合歧管及/或2個以上之處理模組時，每個混合閥可設置2個以上之輸出埠。
根據一實施例，混合歧管設置於混合閥下方，以節省空間並 減少密封殼體內之體積。圖3可最清楚地看出此配置，其中混合歧管250和252設置於平面部302下方，平面部302代表可設置混合閥凸緣(圖4之402)之平面之一部份。在圖3中，混合歧管250和252佔據在混合閥下方之在Y方向上之相同平面。再者，耦接至輸入埠(以參考數字310A標註)之氣體管路部310，在其底端佔據在Y方向上之不同平面，該不同平面高於混合歧管250及252所佔用之Y方向之平面。換言之，輸入氣體管路(不管是垂直部，或是其水平部之周緣)並未向下延伸至混合歧管250和252所佔據之平面。藉由垂直地位移佔空間之氣體管路，並從混合閥本身進行位移，能夠將混合歧管250和252更緊密地擠壓在一起(在圖3範例中之Z方向上)，以節省空間。因此，所需之水平空間(在圖3中之X-Z平面上)較少，導致SGP之體積減少。這對於業界標準之長方形殼體特別如此，因為此類殼體之高度通常係由其最高之元件所決定。若元件分散於X-Z平面上，不僅將使底面積過大，且許多內部體積空間將因此而浪費。
在圖3之範例中，處理氣體係經由氣體管路310提供，且在+Y方向上向上行經部件310A、經由孔320至混合閥之輸入埠(孔320表示氣體管路部310A中之假想式剖切孔以進行說明)。若混合閥為開啟狀態，則處理氣體將藉由在-Y方向上向下行經孔322及/或324之其中一者或兩者而分配至輸出埠之其中一者或兩者。孔322和324代表氣體管路部250A和252A(分別與混合歧管250和252氣體連接)中之假想式剖切孔，以在混合歧管252和250中分別進行混合。
如圖3之範例所示，氣體係通過T型連接器372和370由部件252A和250A提供至混合歧管252和250。氣體係通過L-型連接器374提供至混合閥之輸入埠(藉由向上行經部件310A)。短水平部310B係用以在一平面上提供輸入氣體，該平面高於(更為正值之Y方向)混合歧管250和252所佔據之平面。
在一或更多實施例中，從兩個混合閥輸出埠至其兩個混合歧管的兩個氣體路徑之管件長度、圈數、及/或管件結構/直徑係盡可能保持相似，以確保每個混合歧管自MFC接收之相同質量流具有相同之壓力、氣體速度和濃度。在一或更多實施例中，這些氣體路徑可以不同的管件長 度、圈數、及/或管件直徑/結構進行最佳化，以確保每個混合歧管自MFC接收之相同質量流具有相同之壓力、氣體速度和濃度。
圖3亦呈現另一處理氣體，其通過L型連接器368和氣體管路360提供至另一耦接至平面部386之混合閥，並且通過管路362和364分配至兩個混合歧管250和252。
圖3呈現沿著X方向定向之混合歧管250和252，俾使其輸入埠沿著相同的X方向排列。因此，耦接至部件364和252A之歧管252的輸入埠(即T型連接器366和372指向上方之部分)分別排列平行於圖3之X方向(及圖5之X方向)。同樣地，耦接至部件250A和362之歧管250的輸入埠(即T型連接器370和376指向上方之部分)分別排列平行於圖3之X方向。同樣地，耦接至部件310A和360之混合閥的輸入埠(即L型連接器374和368指向上方之部分)分別排列平行於圖3之X方向。由於每個混合歧管具有長尺寸(例如，管狀結構中之縱向尺寸，如圖3所示者)以及橫截面(例如管狀結構中之圓形或一些其他多邊形截面)，混合歧管之長尺寸代表本發明中之混合歧管的方向。在圖3之範例中此混合歧管之方向亦為+/- X之方向。
每一混合閥之三個輸入/輸出埠(或至少一輸入埠和一輸出埠)係在與圖3之X方向成一角度之方向排列。在圖3之範例中，耦接至平面部302之用於混合閥的輸入埠佔據由參考數字320所標記之位置。耦接至平面部302之用於混合閥的兩個輸出埠佔據由參考數字322和324所標記之位置。可看出孔320、322、和324排列沿著線380之方向，線380與X方向(即混合歧管方向或混合歧管之縱向方向)成一角度(即正交或平行以外)。
圖4呈現混合閥之三個埠404、406、和408。輸入埠406係夾設於輸出埠404和408之間。埠404、406、和408共同沿方向414排列，方向414與混合歧管之X方向成一角度。換言之，混合歧管係以圖4之X方向定向，且特定混合閥之埠(所有三者或連至混合閥之輸入埠，以及連至兩個混合歧管之輸出埠任何一者)係沿方向414排列，方向414與混合歧管之X方向成一角度(即非正交或平行)。該角度可視為斜的或銳角(小於 90度)，取決於例如哪一方向被視為參考方向X之正向。為求完整，放置閥主體和控制器之體部412亦呈現於圖4中。圖4亦呈現安裝凸緣402和安裝孔414A、414B、414C、及414D。在實務上，圖4之凸緣402於平面部302所示之平面與圖3之管件252A、310A、250A匹配。
如圖5之範例可看出，該等混合歧管為平行且實質上「交錯」，俾使每一混合閥之每一組的三個埠(至混合閥的一個輸入埠及至兩個混合歧管之二個輸出埠)排列平行於方向506。在一或更多實施例中，此兩個混合歧管為相同之焊件，以節省庫存和製造成本。
同樣地，耦接至混合歧管輸入埠510和514之用於混合閥的輸入埠佔據參考數字512所標示之位置。如此一來此混合閥輸入埠及其兩個混合閥輸出埠(耦接至混合歧管輸入埠510和514)排列平行於方向506。如前所述，若方向506與X方向彼此並非正交或平行，則方向506係視為與X方向(平行於混合歧管之縱向)「成一角度」。
圖5亦顯示出混合組件輸出埠502，代表將混合處理氣體輸出到耦接至混合歧管250的處理模組之埠。另一混合組件輸出埠(未呈現於圖5中以使該圖更清楚)亦提供至混合歧管252。輸出埠可設置於混合歧管之一端，或可設置於沿其共同長度之任何位置。
藉由使混合歧管交錯，使得特定混合閥之該等埠沿一個方向(如506)排列，該方向相對於混合歧管之縱軸方向X成一角度，並藉由垂直位移元件(俾使部件310B所佔據之平面不同於在圖3中混合歧管250和252所佔據之平面，且混合閥佔據不同之平面)，便可將連接至混合閥之輸入管路(例如圖3之部件310A)置於兩個混合閥輸出管路(例如圖3之部件250A和252A)之間，並仍可使混合歧管在圖3之Z方向上緊密地擠在一起。若要使用其輸入埠及輸出埠排列於同一列之產業標準混合閥時格外如此。若該等埠相對於混合歧管之縱軸方向並未成一角度，且設置在不同的平面上，這些產業標準之閥便不可能達成此等節省體積之配置。
由前述可知，本發明之實施例使單一共用氣體面板可選擇性地將處理氣體提供至複數處理模組。藉由確保每個混合歧管接收相同的質量流，便可排除匹配的問題。藉由減少每個叢集工具之氣體面板數，需要 採購及/或維護之氣體面板元件(如閥，MFCs，連接器，傳感器，感應器等)亦較少。再者，本發明之一或更多實施例將混合歧管錯開(例如在圖3之X-Z方向)及/或垂直位移(例如在圖3之Y方向)饋送至混合閥之埠的管路及閥本身(俾使至少包含3個平面)，這些元件可以被擠壓進入更小的底面積及更小的體積，從而減少氣體面板元件所佔據的體積。當這樣的體積縮小時，需要抽空及洗滌之空氣較少，從而降低操作成本。
在一些電漿處理工具中，一或更多電漿處理室可用以進行需要氣體進料至腔室之多個區域(即區)的處理。舉例來說，介電質蝕刻處理可使用同時或不同時地提供處理氣體至腔室中之數個區域的多區域氣體進料器。在一具體範例中，一氣體進料器可提供處理氣體至腔室之中心區域(如在基板中心上方)，而另一氣體進料器可提供處理氣體至腔室之邊緣或基板之邊緣。
過去多區域氣體進料器(MGF)裝置已被用於確保處理氣體係依照配方之要求、可調節地以適當比例提供至不同的腔室區域。舉例而言，一配方可要求中心區域接收80%之氣體流，而邊緣區域接收20%之氣體流。在另一個時間點的另一配方可要求中心區域接收10%之氣體流，而邊緣區域接收90%之氣體流。
總體而言，在典型的先前技術之電漿處理工具中，MGF係設置於氣體面板之下游以執行將輸入氣體流切分為數個氣體流以流至腔室之數個區域的工作。一個MGF之範例係進一步於共同受讓、Larson等人之名為「具有調諧氣體之氣體分配系統」之美國專利詳細地討論。(於2007年1月30日公告之美國專利第7169231 B2號)，其係特別併入於此作為參考。
當氣體面板係於數個腔室(例如兩個腔室，以利解釋，但兩個以上之腔室可共用一個單一氣體面板)之間共用時，本發明之發明人發現，在數個腔室之間共用MGF實際上係為不利的方法。以非直覺的作法，即使氣體面板可於數個腔室之間共用，但如果每個腔室設置其各自之MGF，方可達成最佳操作。
為了促進討論，圖6呈現先前技術的多區域氣體進料器配置 之一個典型範例，來自氣體面板602之輸入處理氣體係藉此配置提供至MGF604。在簡化的解釋中，MGF 604具有複數入口閥-孔口-出口閥組，其中六組係顯示於圖6之範例中。因此，該圖呈現與孔口O1流體連接之入口閥I1，孔口O1進而與出口閥E1流體連接。同樣地，該圖呈現與孔口O2流體連接之入口閥I2，孔口O2進而與出口閥E2流體連接等等。
來自氣體進料器606之處理氣體從氣體面板602流出至入口閥I1-I6。在一實施例中，雖然非必要，但入口閥I1-I6係為常開閥。孔口O1-O6具有不同的橫截面尺寸或孔口大小，以對處理氣體提供不同的流阻。此等孔口之大小係高度精確。在一實施例中，孔口係由如紅寶石之寶石材料所製成，以確保高準確度。
出口閥E1-E6可選擇性地開啟或關閉，以控制提供給導管620和622之處理氣體的流比，從而控制處理氣體至中心區域(導管620)或邊緣區域(導管622)之流比。因此，當出口閥E1-E6之不同組合關閉時，可得到中心氣體流與邊緣氣體流之不同比例。雖然在此範例中僅針對兩個出口流(中心和邊緣)進行討論，但應當理解亦可提供兩個以上之出口流。MGF係據稱可調節地切分來自共用氣體面板之輸入混合氣體，並可調節地以不同比例提供(或可調節地流動)不同氣體流往數個多區域氣體進料器腔室中，因為這些閥的各種組合可開啟及/或關閉，以獲得不同比例。該等閥可為電動、氣動、或機械式控制，因應控制電路而靈活地提供上述流比，以適應配方之要求。
過去涉及複數多區域腔室時，直覺傾向和自然作法可能是於數個腔室間共用一MGF。一種將自導管620流出之中心流動處理氣體提供給數個腔室的方法可涉及分流閥之使用。同樣地，自導管622流出之邊緣流動處理氣體可藉由使用另一分流閥切分為用於數個腔室之數個邊緣流。
此方法係顯示於圖7中，據此分流閥740係用以將自MGF 708(經由導管720)流出之中心流切分為兩個流至導管742A和742B之氣體流。例如，導管742A中的氣體流可流至第一電漿處理室之中心區域，而導管742B中之氣體流可流至第二電漿處理室之中心區域。同樣地，分流閥750係用以將自導管722流出之邊緣流切分為兩個流至導管752A和752B之 氣體流。例如，導管752A中的氣體流可流至第一電漿處理室之邊緣區域，而導管752B中之氣體流可流至第二電漿處理室之邊緣區域。
雖然圖7之方法可實現在複數腔室間共用MGF 708，但本發明之發明人已發現此方法會導致幾個缺點。首先，為了提供既定中心流率至每個腔室，MGF 708必須獲得兩倍流率(假設圖7之MGF 708係由兩個腔室間共用)，從而在經由分流閥740和750切分後，使每個腔室可得到所需要之流率。
雖然MGF為一現成之部件，但每個MGF皆為高度精確之裝置，且係製造成具有針對特定壓力範圍和流量範圍而予以最佳化之閥及孔口。使MGF處理兩倍之流率及/或兩倍之輸入氣體壓力的要求，將使得MGF 708於其最佳範圍以外操作，從而降低MGF之準確度。
即使新的MGF可設計以處理更高的流量/壓力(假設無需考量成本，因為MGF之設計及認證為昂貴且費時之過程)，但分流閥740和750之使用也引入不欲出現之偏差問題，此係因為分流閥通常比MGF不準確得多。因此，雖然MGF 708可準確地提供適當之中心/邊緣流比，但分流閥740可能無法均勻地將自MGF 708流出之中心流切分成兩個相等之中心流，以用於共用MGF之兩個腔室的兩個中心區域。同樣地，分流閥750可能無法均勻地將自MGF 708流出之邊緣流切分成兩個相等之邊緣流，以用於共用MGF之兩個腔室的兩個邊緣區域。
因此，以非直覺的作法，且特別是有鑑於MGF之成本相對較高，以及渴望在數個腔室之間共用氣體傳輸系統元件，本發明之發明人已發現，若每個需要多區域氣體傳輸之腔室配有各自之MGF，那麼多區域氣體傳輸至每個腔室的效果方為最佳。此舉亦減輕了與市售之質量流量控制器相關的低流量問題，此將討論於後。
圖8呈現根據本發明之一或更多實施例中之混合方法，據此氣體面板可於數個腔室間共用以降低成本，同時每個多區域腔室設置其各自之MGF。圖8之配置代表一組共用氣體面板/相連之MGF/相連之腔室，雖然一既定的叢集電漿工具中可能有數個此等之組。如圖8所示，共用氣體面板802接收來自複數氣體導管810之不同處理氣體。如前所討論， 處理氣體係根據期望之配方，在雙歧管中進行混合，並經由導管812和814提供至兩個對應之腔室816和818。由於腔室816及818為多區域氣體進料器腔室(在圖8之範例中，每個腔室有兩個氣體進料區域，但亦可能有三個或更多之區域)，MGF 804和806係提供於共用氣體面板802之下游處。
MGF 804接收來自共用氣體面板802(經由導管812)之混合處理氣體，並將混合處理氣體切分成各種用於腔室816之不同區域的氣體流。在圖8之範例中，MGF 804可將例如來自導管812之輸入流的70%提供至腔室816之中心區域(經由導管820)，以及將來自導管812之輸入流的30%提供至腔室816之邊緣區域(經由導管822)。
同樣地，MGF 806接收來自共用氣體面板802之混合處理氣體(經由導管814)，並將該混合處理氣體切分為各種用於腔室818之不同區域的氣體流。在圖8之範例中，MGF 806將例如來自導管814之輸入流的70%提供至腔室818之中心區域(經由導管826)，以及將來自導管814之輸入流的30%提供至腔室818之邊緣區域(經由導管828)。
以此方式可實施混合的方法，雖然藉此氣體面板802係為腔室816和818間所共用，但每個腔室設置有其各自的MGF(804和806)，以確保氣體準確地傳輸至每一腔室之各個區域。
由圖8所例示之方法的優點相當多。例如如前所述，吾人皆知每個MGF皆為高度精確之裝置，且製造成具有針對特定壓力範圍和流量範圍予以最佳化之閥及孔口。圖8之方法不同於圖7之方法，不需要求MGF於其最佳流量/壓力範圍以外操作。此係因為每個MGF僅處理各自腔室之氣體流/壓力，此係氣體面板並非共用之當前電漿工具之現況。因此可在不失準確度之情況下使用現存之MGF。
再者，不同於圖7之情況，無需採用(相對)不準確的分流閥(如圖7之分流閥740和750)以適應腔室之多區域氣體進料器的要求。在圖8之範例中，流動的準確度係主要由MGF(由於MGF之高度精確的孔口公差，MGF往往亦高度準確)以及共用氣體面板之設計所限制。共用氣體面板亦高度準確，因為正如前所述，共用氣體面板中之歧管和進料管線可進行最佳化，俾使共用氣體面板可於數個腔室之間準確地共用其輸入 氣體流。例如，導管和歧管之長度、圈數和到每個腔室的氣體流阻可在共用氣體面板中調諧，俾使氣體流之共用為高度準確(在一些範例中之差距小於0.5%)。因此，圖8之配置產生高度精確的氣體傳輸系統至共用一個共用氣體面板的各種腔室之不同區域。額外地，由於圖8之方法採用多區域氣體進料器腔室，同時允許氣體面板之共用，因此質量流量控制器(MFC)之數量和其他與氣體面板相關之成本大幅減少。
圖8之範例的方法亦減輕與現成MFC相關之低流動問題。當一既定的配方需要低流率之特定類型的成分處理氣體，且此流率一般係遠低於現成的MFC之最佳流率範圍時，低流動問題發生。
舉例而言，一些現成的MFC可最佳地操作於5-20sccms(標準立方公分/分鐘)。若配方要求2sccm之特定成分氣體，藉由MFC及與其相連導管之氣體傳輸往往較不準確，此係由於相較於針對MFC所設計之最佳流量範圍，所需之氣體流其實相當小。
藉由在數個腔室之間共用氣體面板(及其中之MFC)，由於MFC傳輸氣體至一個以上之腔室，因此每個MFC可處理更大量之氣體流。在上述範例中，MFC現在可處理4sccm，較接近最佳範圍且將更加準確。此外，如前所述，共用一個氣體面板亦減少空間之使用(因為具有較少氣體面板之導管將會更少)，並降低環境整治成本。
在一或更多實施例中，可在校準或處理期間有利地使用光學發射光譜(OES,Optical Emission Spectroscopy)以匹配處理及/或腔室。在此態樣中，OES輸出係用以作為反饋信號，以控制與一或更多腔室相連之閥，以確保與另一腔室之處理匹配或腔室匹配。例如參照圖9，OES感應器904可用以取得來自腔室816之OES信號。同樣地，OES感應器906可用以獲得來自腔室818之OES信號。
若配方要求在這兩個腔室之流動相等，則來自OES感應器904之OES信號應實質上地匹配來自OES感應器906之OES信號。若OES之信號不同(根據邏輯單元930所執行之分析，該邏輯單元930將來自OES感應器904和906之OES信號作為其輸入)，控制信號可發送至一或更多MGF輸出閥910、912、914及/或916(設置介於MGF和腔室間)以控制 流至各別腔室之區域流。邏輯單元930可為專用硬體或可程式化之邏輯單元，且可包含一個執行電腦可讀取碼之處理器。
控制策略可根據先前取得自待匹配腔室之OES信號庫以及對應之閥的控制設定值，以實施例如腔室匹配及/或處理匹配。可選擇地或額外地，閥的控制設定值可透過演算法，考量來自待匹配腔室之OES信號及/或來自該等腔室之其它腔室/處理參數加以決定。相較於先前技術之OES方法，本發明之實施例建議綜觀數個腔室並考量來自數個腔室之OES信號(以及選擇性地來自數個腔室之其它腔室及/或處理參數)，以控制閥之設定值，從而完成複數腔室間的處理匹配及/或腔室匹配。此係不同於先前技術的方法，即與一腔室相關之OES信號僅用於該腔室之處理控制，且來自其他腔室之OES信號在該處理控制中未納入考量。
來自邏輯單元930之控制信號亦可發送至MGF輸入閥920及/或922(設置於MGF及共用氣體面板間)，以改善腔室匹配及/或處理匹配。雖然未顯示於圖9，但來自邏輯單元930之控制信號可為可替代地或額外地發送至各別MGF入口閥或與各別入口閥-孔口-出口閥組(例如圖6之範例中的閥I1、I2、E1、或E2)相連之各別MGF出口閥，以更精細的控制腔室/處理匹配。
本發明雖已透過數個較佳實施例加以說明，但仍有許多落於本發明範疇內之替換、修改及均等物。雖然在此提供各種範例，但關於本發明之此等範例應為說明性而非限制性。例如，雖然於範例中說明該設備，但本發明亦包含提供、製作及/或組裝該設備之方法，此係藉由將元件耦接在一起以形成所描述之結構，本發明亦包含操作電漿處理系統之方法，此係藉由操作該設備以運用其預期之功能和優勢。此外，在此提供之標題及摘要係為便利之目的且不應被用以解釋為請求項之範圍。再者，摘要係以高度簡化之形式撰寫且係以便利之目的提供，因此不應用於解釋或限制表明於請求項之整體發明。若用語「組」係使用於本文中，則該用語欲具有其通常所理解之數學上的意義，以包含零、一、或一個以上之構件。亦應注意有許多實施本發明之方法及裝置的替代性方式。因此欲使以下隨附請求項解釋為包含所有落於本發明之真正精神及範疇內的此等替換、修改 及各種置換均等物。
802‧‧‧共用氣體面板
804‧‧‧多區域氣體進料器
806‧‧‧多區域氣體進料器
810‧‧‧導管
812‧‧‧導管
814‧‧‧導管
816‧‧‧腔室
818‧‧‧腔室
820‧‧‧導管
822‧‧‧導管
826‧‧‧導管
828‧‧‧導管

Claims (17)

  1. 一種氣體供應傳輸配置，用以供應處理氣體至電漿處理系統之複數多區域氣體進料器腔室，包含：複數氣體供應導管；一共用氣體面板，耦接以接收來自該複數氣體供應導管之複數不同氣體，該共用氣體面板混合該等不同氣體以產生混合氣體並均勻地切分該混合氣體，以供應該混合氣體之一部份至該複數多區域氣體進料器腔室之每一者，其中該共用氣體面板係配置成經由複數不同對應導管輸出來自該共用氣體面板之該混合氣體之複數部份的每一者；複數多區域氣體進料器裝置，包含至少兩個多區域氣體進料器裝置耦接於該共用氣體面板之下游處，該複數多區域氣體進料器裝置之每一者係配置以(i)單獨地接收經由該複數不同對應導管直接來自該共用氣體面板之該混合氣體的該部份、以及(ii)可調節地將該複數多區域氣體進料器裝置之每一者接收自該共用氣體面板之該混合氣體之該部份切分成複數氣體區域流，流至該複數多區域氣體進料器腔室之一多區域氣體進料器腔室的複數不同區域；複數第一對應閥，設置於該複數多區域氣體進料器裝置之每一者與該共用氣體面板之間；複數第二對應閥，設置於該複數多區域氣體進料器裝置之每一者與該複數多區域氣體進料器腔室之間；以及邏輯單元，用以接收來自該複數多區域氣體進料器腔室之至少兩個多區域氣體進料器腔室的複數光學發射光譜信號，並基於所接收到之該複數光學發射光譜信號提供一控制信號至該複數第一對應閥及該複數第二對應閥。
  2. 如申請專利範圍第1項之氣體供應傳輸配置，其中該複數多區域氣體進料器裝置之該每一者提供該混合氣體之一部分至該複數多區域氣體進料器腔室之一單一多區域氣體進料器腔室。
  3. 如申請專利範圍第1項之氣體供應傳輸配置，其中該複數多區域氣體進料器腔室由兩個多區域氣體進料器腔室所組成。
  4. 如申請專利範圍第1項之氣體供應傳輸配置，其中該等不同區域之一第一區域代表該複數多區域氣體進料器腔室之一既定多區域氣體進料器腔室的中心部，該等不同區域之一第二區域代表該複數多區域氣體進料器腔室之該既定多區域氣體進料器腔室的邊緣部。
  5. 如申請專利範圍第1項之氣體供應傳輸配置，其中該電漿處理系統代表介電質電漿蝕刻系統。
  6. 如申請專利範圍第1項之氣體供應傳輸配置，其中該複數多區域氣體進料器裝置之一第一多區域氣體進料器裝置包含具有不同孔口大小之複數孔口。
  7. 如申請專利範圍第6項之氣體供應傳輸配置，其中該複數多區域氣體進料器裝置之該第一多區域氣體進料器裝置更包含耦接於該複數孔口之下游處之複數出口閥，當該複數出口閥之各別出口閥之選擇性組合開啟時，產生不同流比至一多區域氣體進料器腔室之不同區域。
  8. 如申請專利範圍第1項之氣體供應傳輸配置，其中該複數多區域氣體進料器腔室之至少一者代表感應耦合式電漿處理室。
  9. 如申請專利範圍第1項之氣體供應傳輸配置，其中該複數多區域氣體進料器腔室之至少一者代表電容耦合式電漿處理室。
  10. 一種用於供應處理氣體至電漿處理系統之複數多區域氣體進料器腔室的方法，包含： 提供複數多區域氣體進料器裝置，該複數多區域氣體進料器裝置包含至少兩個多區域氣體進料器裝置；使來自複數氣體供應導管之複數不同氣體流動至一共用氣體面板，該共用氣體面板混合該等不同氣體以產生混合氣體並均勻地切分該混合氣體以將該混合氣體之一部分供應至該複數多區域氣體進料器裝置之每一者；可調節之切分步驟，使用該複數多區域氣體進料器裝置之每一者將該混合氣體之該部份切分為複數氣體區域流，流至該複數多區域氣體進料器腔室之一多區域氣體進料器腔室的複數不同區域；以及在該複數多區域氣體進料器腔室之兩個多區域氣體進料器腔室之間進行腔室匹配，該進行腔室匹配包含：將來自該複數多區域氣體進料器腔室之至少兩個多區域氣體進料器腔室的複數光學發射光譜信號接收至一邏輯裝置，分析該等光學發射光譜信號，以從至少該等光學發射光譜信號產生至少一控制信號，以及提供該控制信號至設置於該複數多區域氣體進料器裝置的一第一多區域氣體進料器裝置和該共用氣體面板之間的至少一第一閥。
  11. 如申請專利範圍第10項之供應處理氣體至電漿處理系統之複數多區域氣體進料器腔室的方法，其中該複數多區域氣體進料器裝置之該每一者提供該混合氣體之一部份至該複數多區域氣體進料器腔室之一單一多區域氣體進料器腔室。
  12. 如申請專利範圍第10項之供應處理氣體至電漿處理系統之複數多區域氣體進料器腔室的方法，其中該提供複數多區域氣體進料器裝置的步驟包含提供兩個多區域氣體進料器裝置。
  13. 如申請專利範圍第10項之供應處理氣體至電漿處理系統之複數多區域氣體進料器腔室的方法，其中該等不同區域之一第一區域代表該複數多區域氣體進料器腔室之既定多區域氣體進料器腔室的中心部，該等不同區 域之一第二區域代表該複數多區域氣體進料器腔室之該既定多區域氣體進料器腔室的邊緣部。
  14. 如申請專利範圍第10項之供應處理氣體至電漿處理系統之複數多區域氣體進料器腔室的方法，其中該電漿處理系統代表一介電質電漿蝕刻系統。
  15. 如申請專利範圍第10項之供應處理氣體至電漿處理系統之複數多區域氣體進料器腔室的方法，其中該複數多區域氣體進料器裝置之一第一多區域氣體進料器裝置包含具有不同之孔口大小的複數孔口。
  16. 如申請專利範圍第15項之供應處理氣體至電漿處理系統之複數多區域氣體進料器腔室的方法，其中該複數多區域氣體進料器裝置之該第一多區域氣體進料器裝置更包含耦接至該複數孔口下游處之複數出口閥，該複數出口閥之各別出口閥的選擇性組合開啟時，產生不同流比至一多區域氣體進料器腔室之不同區域。
  17. 一種氣體供應傳輸配置，用以供應處理氣體至電漿處理系統之複數多區域氣體進料器腔室，包含：複數氣體供應導管；第一裝置，耦接以接收來自該複數氣體供應導管之複數不同氣體，該第一裝置混合該等不同氣體以產生混合氣體並均勻地切分該混合氣體，以將該混合氣體之一部分供應至該複數多區域氣體進料器腔室之每一者，其中該第一裝置係配置成經由複數不同對應導管輸出來自該第一裝置之該混合氣體之複數部份的每一者；複數多區域氣體進料器裝置，包含至少兩個多區域氣體進料器裝置耦接於該第一裝置下游處，該複數多區域氣體進料器裝置之每一者係配置以(i)單獨地接收經由該複數不同對應導管之該混合氣體的該部份、以及(ii)可調節地將複數多區域氣體進料器裝置之每一者接收自該第一裝置之該混合氣 體之該部份切分成複數氣體區域流，流至該複數多區域氣體進料器腔室之一多區域氣體進料器腔室的複數不同區域；複數第一對應閥，設置於該複數多區域氣體進料器裝置之每一者與該第一裝置之間；複數第二對應閥，設置於該複數多區域氣體進料器裝置之每一者與該複數多區域氣體進料器腔室之間；以及邏輯單元，用以接收來自該複數多區域氣體進料器腔室之至少兩個多區域氣體進料器腔室的複數光學發射光譜信號，並基於所接收到之該複數光學發射光譜信號提供一控制信號至該複數第一對應閥及該複數第二對應閥。
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