JP6267201B2 - 真空下での高速前冷却および後加熱ステーション - Google Patents

Description

本発明はイオン注入システムに関するものであり、特には、イオン注入システム内のワークピース(加工中の製品)上に結露が発生するのを防ぐイオン注入システムに関する。

静電クランプまたは静電チャック（ＥＳＣｓ）は、イオン注入、エッチング、化学蒸着（ＣＶＤ）等のプラズマベースまたは真空ベースの半導体工程間に、ワークピースまたは基板をクランプするため半導体産業でしばしば利用されている。ＥＳＣｓのクランプ性能、同様にワークピースの温度調節は、シリコンウェハ等のウェハまたは半導体基板の加工処理の際に非常に役立つことが証明されている。例えば、典型的なＥＳＣは、導電性電極を覆うように配置された誘電体層を含み、半導体ウェハはＥＳＣの表面に配置されている（例えば、前記ウェハは誘電体層の表面に配置されている）。半導体加工処理の間（例えば、イオン注入）、クランプ電圧は一般的に前記ウェハと前記電極との間に加えられ、そこで、前記ウェハは静電力によってチャック面に対してクランプされる。

あるイオン注入工程では、ＥＳＣの冷却によるワークピースの冷却が望ましい。しかし、より低い温度では、結露がワークピース上に発生し得る。または、ワークピースがプロセス環境（例えば、真空環境）内の冷たいＥＳＣから外部環境（例えば、より高い圧力、より高い気温およびより高い湿気環境）へ搬送された時、ワークピース表面の大気中の水分の凍結すら起こり得る。例えば、ワークピース内にイオン注入後、通常、ワークピースはロードロックチャンバへ搬送され、続いてロードロックチャンバは排気される。そこからワークピースを取り除くためにロードロックチャンバが開かれる時、該ワークピースは概して周囲の空気（例えば、大気圧における暖かく湿った空気）に曝され、該ワークピース上に結露が発生し得る。結露は、ワークピース上に粒子を堆積および/またはワークピース上に残留物を残し得、前方粒子（例えば、活性領域）に有害な効果をもたらし得るので、欠陥および生産ロスを招き得る。

ワークピースの加熱は、結露の有害な影響を軽減しようと努めるために行われてもよい、しかしながら、そのような加熱はたいていウェハの搬送に先立って、所定の温度に達するためにＥＳＣ上にワークピースを一時期「浸し」ておく。長い浸漬時間は従来、イオン注入システムのワークピース処理能力に有害な影響を与える。

そのため、「乾燥」すなわち真空環境と「湿潤」すなわち大気圧環境との間で冷たいワークピースを搬送する際、ワークピース処理能力を向上した上で、ワークピース上の結露を軽減するための装置、システムおよび方法への要求が本技術分野においては存在する。

本発明は、冷却イオン注入システム内でワークピース上の結露軽減するためおよび合理的プロセス処理能力を維持するためのシステム、装置および方法を提供することによって従来技術の限界を克服する。したがって、以下は本発明のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、本開示の簡単な概要を述べている。本概要は、本発明の広範囲にわたる概観ではない。本概要は本発明の範囲を描写するものでも、本発明の要所または決定的な要素を確認するよう意図されたものでもない。本概要の目的は、後程述べられるより詳細な説明への前置きとして、簡単化された形式で本発明のいくつかの概念を述べることである。

本開示によって、冷たいワークピース内にイオン注入するためのイオン注入システムが提供される。例えば、イオン注入システムは、プロセスチャンバ内に設置されているワークピースへ複数のイオンを提供するために構成されているイオン注入装置を含み、プロセスチャンバは、自身に関連づけられているプロセス環境を有する。１つの例では、複数のイオンによるワークピースの暴露の間、プロセスチャンバ内のワークピースを支えるために構成された、極低温に冷却される静電チャック等のサブ周囲温度チャックがある。前記極低温チャックは処理温度まで前記ワークピースをさらに冷却するために構成され、該処理温度は外部環境の露点より低い。

１つの態様によると、ロードロックチャンバ（load lock chamber）が提供され、該ロードロックチャンバは前記プロセスチャンバと使用可能なように連結され、前記外部環境から前記プロセス環境を分離するために構成されている。前記ロードロックチャンバは、さらに、前記プロセスチャンバと前記中間チャンバとの間で前記ワークピースの搬送の間、ワークピースを支えるために構成されたワークピースサポートを含む。

前冷却ステーションが前記プロセスチャンバ内に設置され、該冷却ステーションは第１温度に至るまで前記ワークピースを冷却するために構成された冷却ワークピースサポートを含む。１つの例では、前記第１温度が前記処理温度より著しく低い。前記前冷却ステーションは、例えば、前記ワークピースを支持および前記第１温度に至るまで冷却するために構成された冷却プレートを含んでいる。他の１つの例では、前記前冷却ステーションがさらに、前記ワークピースの外面を支持するために構成された前冷却ガスシーリングリングと、前記冷却ワークピースサポート上の前記ワークピースの位置を維持するために構成された前冷却クランプと、前記ワークピースと前記冷却ワークピースサポートの表面との間で規定されるガス冷却スペースの間に前冷却ガスを提供するために構成される前冷却ガス源と、を含む。前記前冷却ガスの圧力が、例えば、前記ワークピースの冷却を概して決定する。

後加熱ステーションが前記プロセスチャンバ内に設置され、前記後加熱ステーションは第２温度に至るまで前記ワークピースを加熱するために構成された加熱ワークピースサポートを含む。前記後加熱ステーションは、例えば、前記ワークピースを支持および前記第２温度に至るまで加熱するために構成された加熱プレートを含む加熱ステーションサポートを含んでいる。他の１つの例では、前記後加熱ステーションがさらに、前記ワークピースの外面を支持するために構成された後加熱ガスシーリングリングと、前記加熱ワークピースサポート上の前記ワークピースの位置を維持するために構成された後加熱クランプと、前記ワークピースと前記加熱ワークピースサポートの表面との間で規定されるガス加熱スペースの間に後加熱ガスを提供するために構成される後加熱ガス源と、を含む。従って、前記後加熱ガスの圧力が、前記ワークピースの加熱を概して決定する。

１つの例では、前記真空チャンバ内で前記チャックが前記ロードロックチャンバに正対し、前記真空チャンバ内で前記前冷却ステーションが前記後加熱ステーションに正対する。

他の態様によると、前記冷却ワークピース保持ステーションが前記プロセスチャンバ内に設置され、該冷却ワークピース保持ステーションは前記ワークピースが前記第１温度である時、前記ワークピースを支持するために構成された冷たいワークピースサポートを含む。加熱ワークピース保持ステーションが前記プロセスチャンバ内にさらに設置されてもよく、該加熱ワークピース保持ステーションは前記ワークピースが前記第２温度である時、前記ワークピースを支持するために構成された熱いワークピースサポートを含む。他の１つの例では、前記真空チャンバ内で、前記チャックが前記ロードロックチャンバに正対し、前記前冷却ステーションが前記後加熱ステーションに正対し、前冷却ワークピース保持ステーションが前記加熱ワークピース保持ステーションに正対する。

本開示の他の態様によれば、ワークピース搬送アームが前記チャックと前記ロードロックチャンバと前記前冷却ステーションと前記後加熱ステーションとの２つ以上の間での２つ以上のワークピースを同時搬送するために構成される。前記ワークピース搬送アームが、例えば、互いから約９０度に設置されたワークピース搬送クランプを２対含む。前記ワークピース搬送クランプの各対が互いに正対する。ワークピース搬送クランプの各対が、前記チャックと前記ロードロックチャンバとから、前記前冷却ステーションと前記後加熱ステーションとから、および／または前記冷却ワークピース保持ステーションと前記加熱ワークピース保持ステーションとから 、ワークピースを同時把握または解放するために構成され、前記ワークピースアームの回転位置に基部を有する。

コントローラーはさらに、好ましいプロセス処理能力に少なくとも部分的には基づいて、前記第１温度および前記第２温度を決定するために構成されてよい。温度監視システムは、例えば、前記前冷却ステーションおよび前記後加熱ステーションにおいて前記ワークピースの温度を測定するために構成される。前記コントローラーはさらに、前記ワークピースの測定された前記温度に少なくとも部分的には基づいて、前記第１温度に至るまで前記ワークピースを冷却調整および前記第２温度に至るまで前記ワークピースを加熱調整するために構成される。

本開示における他の例によって、サブ周囲温度においてワークピース内にイオン注入する方法が提供される。ワークピースは外部温度および外部圧力である外部環境内に提供され、前記外部環境からロードロックチャンバへ搬送される。前記ロードロックチャンバ内の圧力は実質的な真空まで下げられ、前記ワークピースは冷却のために、前記ロードロックチャンバから前記前冷却へ搬送される。前記前冷却ステーションは、例えば、処理温度より低い第１温度まで冷却され、それにより素早く前記ワークピースを冷却する。そして前記ワークピースは、前記前冷却ステーションから処理温度まで冷やされている前記チャックへ搬送される。

イオン注入装置によりイオンが前記ワークピースに注入され、前記ワークピースは続いて、前記チャックから前記真空環境内の前記後加熱ステーションへ搬送される。前記ワークピースは前記後加熱ステーションで加熱され、前記後加熱ステーションは前記外部温度より高い第２温度まで加熱され、それにより素早く前記ワークピースを加熱する。前記ワークピースはそれから、前記後加熱ステーションから前記ロードロックチャンバへ搬送され、前記ロードロックチャンバ内の圧力は前記外部圧力まで上げられ、前記ワークピースは前記ロードロックチャンバから移動させられる。

１つの例では、前記ワークピースは前記ロードロックチャンバから前記前冷却ステーションへ搬送され、それと同時に他のワークピースが前記チャックから前記後加熱ステーションへ搬送される。同様に、他の１つの例では、前記ワークピースは前記前冷却ステーションから前記チャックへ搬送され、それと同時に他のワークピースが前記後加熱ステーションから前記ロードロックチャンバへ搬送される。

他の１つの例では、前記ワークピースを前記前冷却ステーションから前記チャックへ搬送する工程が、前記ワークピースを前記前冷却ステーションから前記冷却ワークピース保持ステーションへ搬送する工程と、それから前記ワークピースを前記冷却ワークピース保持ステーションから前記チャックへ搬送する工程とを含み、一方、前記ワークピースを前記後加熱ステーションから前記ロードロックチャンバへ搬送する工程が、前記ワークピースを前記後加熱ステーションから前記加熱ワークピース保持ステーションへ搬送する工程と、それから前記ワークピースを前記加熱ワークピース保持ステーションから前記ロードロックチャンバへ搬送する工程とを含む。かかる搬送工程は、論理的かつ処理感知による方法（throughout-sensitive manner）の前記ワークピース搬送アームによる４つのワークピースの同時搬送を可能にする。

以上の概要は、本発明のいくつかの態様におけるいくつかの特徴を簡潔な概観で提供しようとするものでしかなく、他の態様が以上に述べたものに追加、および/または異なる特徴を含むこともある。特に、本概要は本明細書の範囲を制限するように解釈されるべきではない。そのため、前述およびそれに関連した目的の遂行のため、本発明は以下に述べられた特徴および請求項で特に指摘された特徴を含んでいる。以下の詳述および添付された図面は、本発明のある例示的な態様の詳細を述べている。しかしながら、これらの態様は、適応され得る本発明の原理の様々な方法のうち少数を示している。本発明の他の目的、利点および新しい特徴は、図面と併せて考慮された時、以下の本発明の詳細な説明から明白になるであろう。

本開示のいくつかの態様による、イオン注入システムを含む例示的な真空システムのブロック図である。 本開示の他の１態様による、例示的な前冷却ステーションの断面図である。 本開示のさらに他の１態様による、例示的な後加熱ステーションの断面図である。 本開示の例示的な１態様による、プロセスチャンバを図示している。 本開示のさらに他の１態様による、開放位置における例示的なワークピース搬送アームを図示している。 本開示のさらに他の１態様による、閉鎖位置における例示的なワークピース搬送アームを図示している。 本開示の他の１態様による、他の例示的なプロセスチャンバの概観図である。 本開示の他の１態様による、冷却イオン注入システムによるワークピースの例示的なフローを図示している。 さらに他の１態様による、サブ周囲温度においてワークピース内にイオンを注入するための方法論を図示している。

本開示は概して、冷却イオン注入システム内のワークピース上の結露を軽減および合理的プロセス処理能力を維持するためのシステム、装置および方法へと向けられたものである。したがって、本発明は、前記図面と関連して説明され、全体を通じて、類似した要素の言及には、類似した参照番号が使用され得る。これらの態様の詳述は単なる実例であり、制限された意味で解釈されるべきではないことが、理解されるべきである。下記の詳述において、説明の目的、多数の具体的な詳細記述は、本発明の完全な理解を提供するために述べられる。しかしながら、以上は当業者にとっては明らかであり、本発明はこれらの具体的な詳細記述が無くても実行され得る。さらに、本発明の範囲は、添付図面に関連する以下に詳述される態様または実施例によって制限されるようには意図されてなく、添付された請求項および該請求項と同義のものによって制限されるように意図されている。

前記図面は、本開示の実施例におけるいくつかの態様の実例を供するために提供されるので、該図面は単に概略図と見なされる。特に、図面内で示されている要素は必ずしもお互い一定の縮尺ではなく、そして、図面内の様々な要素の配置はそれぞれの態様の明確な理解を提供するために選ばれたもので、本発明の一実施の態様による実施において、実際の相対的な位置を示しているものとして必ずしも解釈されるわけではない。さらに、本明細書に詳述されているそれぞれの実施の形態および実施例の特徴は、他の明確な言及がされていない限り互いに組み合わせられてもよい。

下記の詳述でさらに理解されるべきことは、図面内に示されているまたは本明細書に詳述されている機能的なブロック、装置、構成要素、回路素子または他の物理的、機能的ユニットとの間の任意の直接的結合または連結は、非直接的な結合または連結によってさらに実施され得る。さらに、図面に示されている機能的なブロックまたはユニットは、1つの実施の態様の中で独立した特徴または回路として実施されてもよく、さらにまたは代わりに、他の実施の態様の中の共通の特徴または回路において、完全にまたは部分的に実施されてもよいことは、理解されるべきである。例えば、いくつかの機能的なブロックは、信号処理装置等の共通の処理装置上で稼働するソフトウェアとして実施される。さらに理解されるべきことは、以下の詳述でワイヤーベースとして述べられる任意の接続は、相反する言及がされていない限り無線通信としても同様に実施され得る。

本開示の1態様に関連して、図１は典型的な真空システム１００を例示している。本実施例の真空システム１００はイオン注入システム１０１を含むが、プラズマ処理システム、または他の半導体処理システム等、他の様々なタイプの真空システムを同時に意図する。例えば、イオン注入システム１０１は、端末１０２、ビームラインアセンブリ１０４、およびエンドステーション１０６を含む。

概して、端末１０２内のイオン源１０８は、ドーパントガスを複数のイオンにイオン化しイオンビーム１１２を生成するために、電源１１０と接続されている。本実施例のイオンビーム１１２は、ビーム舵取り装置（beam steering apparatus）１１４を通して導かれ、エンドステーション１０６に向けて開口部１１６から出ていく。エンドステーション１０６内では、チャック１２０（例えば、静電チャックまたはＥＳＣ）へ選択的にクランプまたは搭載されるワークピース１１８（例えば、シリコンウェハ、表示パネル等の半導体）をイオンビーム１１２が照射する。１度ワークピース１１８の格子に挿入されると、注入されたイオンはワークピースの物理的および/または化学的な性質を変える。その結果、イオン注入は材料科学研究において、半導体装置製造および金属表面処理、同様に様々な応用において使用される。

本開示のイオンビーム１１２は、ペンシルビーム（pencil beam）またはスポットビーム、リボンビーム、走査ビームまたは任意の他の形状をとることができ、イオンはエンドステーション１０６に向けて導かれる。このような全ての形状は、本開示の範囲に含まれると考えられる。

例示的な１つの態様によれば、エンドステーション１０６は、真空チャンバ１２４等のプロセスチャンバ１２２を含み、プロセス環境１２６は前記プロセスチャンバと関連している。プロセス環境１２６は、概してプロセスチャンバ１２２内に存在していて、１例として、前記プロセスチャンバへ接続され、実質上、前記プロセスチャンバを真空状態にするために構成された真空源１２８（例えば、真空ポンプ）によって引き起こされた真空を含む。

イオン注入システム１０１を利用する注入の間、電荷イオンがワークピースと衝突した時、エネルギーは熱という形でワークピース１１８上に蓄積され得る。対策がなければ、該熱は潜在的にワークピース１１８をゆがめる、または割る可能性があり、ある実施においては、ワークピースを無価値（または著しく価値が降下）にする可能性がある。該熱はさらに、好ましいイオンの量とは異なる量のイオンがワークピース１１８へ伝わるようにしてしまい、好ましい機能性から変え得る。さらにいくつかの状況では、熱の蓄積を防ぐために注入の間ワークピース１１８を冷却するのが好ましいだけでなく、とりわけ、高度なＣＭＯＳ集積回路機器製造において、極薄接合形成を可能にするワークピース１１８の表面の好ましいアモルファス化などを可能にする、周囲温度以下または以上の温度でイオン注入をするのがさらに好ましい。

このように別の実施例によれば、チャック１２０は、サブ周囲温度チャック１３０を含み、前記サブ周囲温度チャックは、イオンビーム１１２にワークピースが曝されている間プロセスチャンバ１２２内でワークピース１１８の既定温度を保持するか、またはワークピース１１８を支持および冷却するために構成されている。なお、チャック１２０が本実施例の中でサブ周囲温度チャック１３０として言及されている一方、チャック１２０も同様にスーパー周囲温度チャック（図示せず）を含むことができ、スーパー周囲温度チャックはプロセスチャンバ１２２内のワークピース１１８を支持および加熱するために構成されている。

例えば、サブ周囲温度チャック１３０は静電チャックであり、周囲温度または周囲の大気中の温度または外部環境１３２（例えば、大気中の環境”とも呼ばれる）より相当低い処理温度までワークピース１１８を冷却または冷やすために構成されている。同様に、チャック１２０が上記のスーパー周囲温度チャックを含む場合、スーパー周囲温度チャックは静電チャックを含み得、該静電チャックは、周囲温度または周囲の大気中の温度または外部環境１３２よりも相当に高い処理温度に、ワークピース１１８を加熱するために構成されている。冷却システム１３４がさらに提供され得、別の実施例では、該冷却システムは、サブ周囲温度チャック１３０を冷却または冷やすために構成されており、そのため、ワークピース１１８は前記処理温度に至るまでサブ周囲温度チャック上に存在する。別の実施例および類似した様式では、スーパー周囲温度チャックの場合、加熱システム（図示せず）がさらに提供され得、加熱システムは、処理温度に至るまでスーパー周囲温度チャックおよびスーパー周囲温度チャック上に存在するワークピース１１８を加熱する為に構成される。

真空装置１００のいくつかの例示的な作動において、処理温度は、外部環境１３２の周囲露点（例えば、８度、露点温度とも呼ばれる）以下であり、このような処理温度は約−４０度である。このような作動では、処理温度が外部環境１３２の露点温度より著しく低いため、外部環境にさらす前にワークピース１１８を温めなければ結露が該ワークピース上に発生し、この後詳細により一層述べられるように潜在的に有害がワークピースに影響する。

しかしながら、ワークピース１１８の冷却は真空システム１００を通るサイクル時間に有害な影響を与えることがあり、従来のように、好ましい温度に至るまでチャック１２０の上にワークピースが「浸し」ておかれることを、発明者は十分に理解している。故にプロセス処理能力を増すために、本開示はプロセスチャンバ１２０の真空環境１２６内に設置された前冷却ステーション１３６を提供する。前冷却ステーション１３６は、例えば、冷却ワークピースサポート１３８含み、図２にさらに図示されるように、冷却ワークピースサポート１３８は第１温度まで該ワークピースを冷却するために構成される。

冷却ワークピースサポート１３８は、例えば、冷却プレート１４２のような保温パッド（thermal pad）１４０を含み、該保温パッドは該ワークピースを支持および第１温度まで該ワークピースを冷却するために構成される。保温パッド１４０は、例えば、が、１つまたはそれ以上のペルチェクーラー、膨張チャンバ、極低温ヘッドおよび循環冷凍ループを含んでいる冷却プレート１４２を含む。

他の例示的な１態様によれば、図１の前冷却ステーション１３６はさらに、前冷却ガスシーリングリング１４４を含み、図２に再び図示されるように、該前冷却ガスシーリングリングは概して冷却ワークピースサポート１３８の周辺あたりに配置される。前冷却ガスシーリングリング１４４は、例えば、ワークピース１１８の外面１４６を支持するとともに、概して前記ワークピースと冷却ワークピースサポート１３８との間にシールを提供するために、構成される。他の１例によると、前冷却クランプ１４８がさらに提供され、前記前冷却クランプは冷却ワークピースサポート１３８の上のワークピース１１８の位置を維持するために構成される。図１に再び図示されるように、前冷却ガス源１５０がさらに提供され、前記前冷却ガス源は図２に図示されるガス冷却スペース１５４の間に前冷却ガス１５２を提供するために構成され、前記ガス冷却スペースはワークピース１１８と冷却ワークピースサポート１３８の表面１５６との間に規定される。従って、ガス冷却スペース１５４内の前冷却ガス１５２の圧力は概して、ワークピース１１８の冷却を決定するために構成される。

ワークピース１１８と冷却ワークピースサポート１３８との間の熱伝達比は概して、ワークピースと前記冷却ワークピースサポートとの間の温度差に比例する。概して、Ｔ（ｔ）＝Ｔ_∞＋（Ｔ_０−Ｔ_∞）ｅ^{（−ｔ/τ）} （式１）
ここで、Ｔ（ｔ）は時間関数として冷却または加熱されているワークピース１１８の温度であり、Ｔ_∞は冷却または加熱している物体（この場合、冷却ワークピースサポート１３８にある物体）の温度であり、Ｔ_０は前記ワークピースの初期温度であり、ｅはオイラー数（２．７１８２８…）であり、ｔは時間であり、τ時定数は他の要因の中で、熱伝達係数に依存する。（式１）から理解されるように、前記処理温度より低い第１温度まで冷却ワークピースサポート１３８が過駆動されるとき、ワークピース１１８が所定の温度まで実質的により速やかに至る。１つの例では、前記第１温度は前記処理温度より少なくとも１桁低い。例えば、−４０°の処理温度が好ましければ、冷却ワークピースサポート１３８が−４０°を保持すると、許容できる程度に−４０度に近くなる多くの時定数を用いることができる。しかしながら、冷却ワークピースサポート１３８が−１００度の第１温度で駆動されると、例えば、−４０度の好ましい処理温度に時定数の半分を超えて直ぐに到達される。従って、冷却ワークピースサポート１３８は前記第１温度で冷却するために構成され、前記第１温度は前記好ましい処理温度より著しく低い。

さらに他の１態様によれば、図１の後加熱ステーション１５８はさらに、プロセスチャンバ１２２の真空環境１２６内に設置され、前記後加熱ステーションはさらに加熱ワークピースサポート１６０を含み、図３に図示されるように、第２温度までワークピース１１８を加熱するために構成される。加熱ワークピースサポート１６０は、例えば、加熱プレート１６１のような他の保温パッド１４０を含み、前記保温パッドはワークピースを支持するとともに前記第２温度まで前記ワークピースを加熱するために構成される。後加熱ステーション１５８は例えばさらに、後加熱ガスシーリングリング１６２を含み、前記後加熱ガスシーリングリングは概して、加熱ワークピースサポート１６０の周辺１６４あたりに配置される。後加熱ガスシーリングリング１６２は、例えば、ワークピース１１８の外面１４６を支持するとともに、概して前記ワークピースと加熱ワークピースサポート１６０との間にシールを提供するために、構成される。

他の１例によると、後加熱クランプ１６６がさらに提供され、前記後加熱クランプは加熱ワークピースサポート１６０の上のワークピース１１８の位置を維持するために構成される。図１に再び図示されるように、後加熱ガス源１６８がさらに提供され、前記後加熱ガス源は図３に図示されるガス加熱スペース１７２の間に後加熱ガス１７０を提供するために構成され、前記ガス加熱スペースはワークピース１１８と加熱ワークピースサポート１３８の表面１７４との間に規定される。従って、ガス加熱スペース１７２内の後加熱ガス１７０の圧力は概して、ワークピース１１８の加熱を決定するために構成される。

上述の冷却と類似して、図１の後加熱ステーション１５８におけるワークピース１１８の加熱は過駆動されることができ、前記第２温度は前記処理温度より著しく高い。従って、外部環境１３２の外部温度に戻るまで前記ワークピースを加熱するために必要な時間は、本開示により著しく低減され得る。本開示の例示的な１態様では、後加熱ステーション１５８および前冷却ステーション１３６は概して、プロセスチャンバ１２２内で互いから分離され、前記後加熱ステーションおよび前記前冷却ステーションの間の熱伝達が最小化されている。１つの例では、従来のフォトレジストの安定性が減少し始める１００度〜約１５０度より、第２温度は高くない。

他の１例によると、図４に図示されるように、温度監視システム１７６がさらに提供され、前冷却ステーション１３６および後加熱ステーション１５８でワークピース１１８の温度を測定するために構成される。温度監視システム１７６は、例えば、前冷却ステーション１３６および後加熱ステーション１５８のそれぞれの上に存在するワークピース１１８の温度を測定するために構成されるワークピース温度監視装置１７８Ａ、１７８Ｂを１つ以上含む。そのため、前記ワークピースを冷却および加熱している間に前記ワークピースの温度を監視し、プロセス効率を向上させる。図１に図示されるコントローラー１８０はさらに、例えば、前記ワークピースの測定された温度に少なくとも部分的には基づいて、前記第１温度までのワークピース１１８の冷却制御および前記第２温度までの前記ワークピースの加熱制御するために構成される。

別の態様によると、図１を再び言及すると、ロードロックチャンバ１８２は、さらにプロセスチャンバ１２２に動作可能に接続されており、該ロードロックチャンバは、外部環境１３２からプロセス環境１２６を分離するために構成されている。ロードロックチャンバ１８２はさらに、プロセスチャンバ１２２と外部環境１３２との間で前記ワークピースを搬送する間、ワークピース１１８を支持するために構成されたワークピースサポート１８４を含む。複数のロードロックドア１８６Ａ、１８６Ｂは、ロードロックチャンバ１８２をプロセスチャンバ１２２および外部環境１３２にそれぞれ動作可能に接続する。

本開示のさらに他の態様によると、ワークピース搬送アーム１８８が提供され、前記ワークピース搬送アームは、チャック１２０とロードロックチャンバ１８２と前冷却ステーション１３６と後加熱ステーション１５８との２つ以上の間で２つ以上のワークピース１１８を同時搬送するために構成される。他の１例によると、１つ以上の補助搬送アーム１８９がさらに、ワークピースの搬送を補助するために提供されてよい。ワークピース搬送アーム１８８は、図４により詳細に図示されるように、互いから約９０度に設置されたワークピース搬送クランプ１９２Ａ、１９２Ｂを２対１９０Ａ、１９０Ｂ含み、ワークピース搬送クランプの各対が互いに正対する。ワークピース搬送クランプ１９２Ａ、１９２Ｂの各対１９０Ａ、１９０Ｂは、チャック１２０とロードロックチャンバ１８２とから、または前冷却ステーション１３６と後加熱ステーション１５８とから、ワークピース１１８を同時把握または同時解放するために構成され、ワークピース搬送アーム１８８の回転位置に基部を有する。

ワークピース搬送アーム１８８は、例えば、出入り（例：Ｚ方向）と同様に回転（例：Θ）可能である。ワークピース搬送アーム１８８は、例えば、ワークピース１１８の把握と解放を達成するために、共に回転し鋏のように開閉できる２つのアームを含むアセンブリ（図示せず）の部分である。たとえば、図５Ａは開放位置１９３Ａにおけるワークピース搬送クランプ１９２Ａ、１９２Ｂの２対１９０Ａ，１９０Ｂを図示し、前記ワークピース搬送クランプは概して、２つ以上のワークピース１１８を囲む動作が可能であるが、接触しない。図５Ｂの例では、ワ−クピース搬送クランプ１９２Ａ、１９２Ｂは閉鎖位置１９３Ｂであり、前記ワークピース搬送クランプは２つ以上のワークピース１１８と接触し同時把握するために設置される。

さらに他の態様によると、図６に概略的に図示されるように、冷却ワークピース保持ステーション１９４はプロセスチャンバ１２２内に設置され、前記冷却ワークピース保持ステーションは、一度前記ワークピースが前冷却ステーション１３６内で第１温度になると、ワークピース１１８を支持するために構成された冷たいワークピースサポート１９６を含む。冷たいワークピースサポート１９６はさらに、例えば、冷たいワークピースサポート１９６の上に前記ワークピースが存在する間、ワークピース１１８の温度を維持するために構成される。加熱ワークピース保持ステーション１９８はさらにプロセスチャンバ１２２内に設置され、前記加熱ワークピース保持ステーションは、前記ワークピースが前記第２温度である時、ワークピース１１８を支持するために構成された熱いワークピースサポート１９９を含む。熱いワークピースサポート１９９はさらに、例えば、熱いワークピースサポート１９９の上に前記ワークピースが存在する間、ワークピース１１８の温度を維持するために構成される。

図６の１例に図示されるように、プロセスチャンバ１２２内で、チャック１２０がロードロックチャンバ１８２に正対し、前冷却ステーション１３６が後加熱ステーション１５８に正対し、冷却ワークピース保持ステーション１９４が加熱保持ステーション１９８に正対する。なお、プロセスチャンバ１２２内でのチャック１２０とロードロックチャンバ１８２と前冷却ステーション１３６と後加熱ステーション１５８と冷却ワークピース保持ステーション１９４と加熱保持ステーション１９８との、様々な他の構成および配置は本開示の範囲内であると考えられる。例えば、冷却ワークピース保持ステーション１９４は前冷却ステーション１３６に向かって設置されてよく、加熱ワークピース保持ステーション１９８は後加熱ステーション１５８に向かって設置されてよい。ワークピース搬送アーム１８８の構成に依存するこのような構成は、ワークピース１１８の有利なフローを提供してよい。さらに、簡単にするために、ロードロックチャンバ１８２はプロセスチャンパ１２２内にあるように図示されているけれども、図４のロードロックドア１８６Ａはロードロックチャンバ１８２をプロセスチャンバに動作可能に接続している、と理解されるべきである。

図１の真空システム１００に関連したワークピース１１８の例示的なフローの概略または搬送が、該真空システムの操作における豊富な操作上の実施例の１つを提供するために、簡潔に述べられる。本開示は提供される典型的なフローに限定されることなく、該真空システム１００の中、外側、および内部へのワークピース１１８の様々な搬送が本開示の範囲の範疇として考えられることに注目されたい。

１つの例示的なワークピースフロー２００では、図７に示されるように、図６のワークピース１１８は、例えば、ロードロックチャンバ１８２から、サブ周囲注入またはスーパー周囲注入のどちらが望まれるかに応じてプロセスチャンバ１２２内の前冷却ステーション１３６および後加熱ステーション１５８のうち１つへ搬送される。例えば、サブ周囲注入（例えば、周囲温度以下の温度での注入）においては、ワークピース１１８は前冷却ステーション１３６へ搬送され、該ワークピースは略前記処理温度まで前冷却される。一度おおよその前記処理温度まで前冷却ステーション１３６を通して冷却（または前加熱ステーション１５８を通して加熱）されると、ワークピース１１８はプロセス要件に沿った適切なイオン注入のため、チャック１２０へ搬送されるか、前記チャックへの次の搬送を待つため、冷却ワークピース保持ステーション１９４へ搬送されるか、の何れかである。

一度注入が完了すると、ワークピース１１８はチャック１２０から移動させられ、再びサブ周囲注入またはスーパー周囲注入のどちらが望まれるかに応じて、前冷却ステーション１３６および後加熱ステーション１５８のうちの１つへ搬送される。上記のサブ周囲注入の実施例において、ワークピース１１８は後加熱ステーション１５８へ搬送され、本実施例において該ワークピースは上記に詳述した通り、外部環境１３２の露点温度より高い温度に加熱される。一度適切に加熱されると、ワークピース１１８はロードロックチャンバ１８２に戻されるか、または加熱ワークピース保持ステーション１９８へ搬送される。なお、図１、４、５Ａ−５Ｂのワークピース搬送アーム１８８は上述のように、ロードロックチャンバ１８２とチャック１２０と前冷却ステーション１３６と後加熱ステーション１５８との間で同時に２つ以上のワークピース１１８を搬送するために構成される。

本発明の他の例示的な態様によると、サブ周囲温度でワークピースを処理するために、図８が図示する例示的な方法３００が提供される。なお、例示的な方法は一連の工程または事象として本文に例示され述べられている一方、本発明によるいくつかの工程は、本文に記載および述べられた工程とは違う他の工程によって、異なる順番または/および同時に起こり得るので、本発明は例示されている工程または事象の順番によって限定されない。加えて、本発明による方法論を実施するために、例示された全ての工程が必要とされないこともある。さらに、該方法は、ここで、例示されたシステムのみでなく、例示されていない他のシステムでも実施され得ると認識されるであろう。

図８の方法３００は、外部温度および外部圧力である外部環境に第１ワークピースが提供される工程３０２で始まる。工程３０４で、第１ワークピースは前記外部環境からロードロックチャンバ（ＬＬチャンバ）へ搬送され、工程３０６で前記ロードロックチャンバ内の圧力は実質的な真空まで下げられる。工程３０８で、前記第１ワークピースは前記ロードロックチャンバから冷たい注入イオン注入システム内のプロセスチャンバの真空環境内の前冷却ステーションへ搬送され、工程３１０で、前記第１ワークピースは前冷却ステーションで冷却される。前記前冷却ステーションは、例えば、処理温度より低い第１温度まで冷却される。工程３１０における前記ワークピースを冷却する工程は、例えば、冷却ワークピースサポートに前記ワークピースを留める（clamping）工程と、前記ワークピースの背面に前記第１温度で背面ガスを提供する工程と、を含む。

工程３１２で、前記第１ワークピースは前記前冷却ステーションから前記処理温度まで冷却されたチャックへ搬送され、工程３１４で、前記ワークピース内に注入されたイオンを有するように前記ワークピースは処理される。１例によると、工程３１２における前記ワークピースを前記前冷却ステーションから前記チャックへ搬送する工程はさらに前記ワークピースを前記前冷却ステーションから冷却ワークピース保持ステーションへ搬送する工程と、前記ワークピースを前記冷却ワークピース保持ステーションから前記チャックへ搬送する工程と、を含む。

工程３１６で、前記第１ワークピースはそれから、前記チャックから前記真空環境内の後加熱ステーションへ搬送され、工程３１８で前記第１ワークピースは、前記外部温度より高い第２温度まで加熱された前記後加熱ステーションで加熱される。工程３１８における前記ワークピースの加熱は、例えば、加熱ワークピースサポートに前記ワークピースを留める（clamping）工程と、前記ワークピースの背面に第２温度で背面ガスを提供する工程と、を含む。

工程３２０で、前記第１ワークピースはそれから、前記後加熱ステーションから前記ロードロックチャンバへ搬送され、工程３２２で前記ロードロックチャンバ内の圧力が前記外部圧力まで上げられる。他の１例によると、工程３２０における前記ワークピースを前記後加熱ステーションから前記ロードロックチャンバへ搬送する工程はさらに、前記ワークピースを前記後加熱ステーションから加熱ワークピース保持ステーションへ搬送する工程と、前記ワークピースを前記加熱ワークピース保持ステーションから前記ロードロックチャンバへ搬送する工程と、を含む。工程３２４で、前記ワークピースはそれから、前記ロードロックチャンバから移動させられることがある。

１例によると、工程３０８における前記第１ワークピースを前記ロードロックチャンバから前記前冷却ステーションへ搬送する工程が、工程３１８における第２ワークピースを前記チャックから前記後加熱ステーションへ搬送する工程中に同時におきる。同様に、工程３１２における前記ワークピースを前記前冷却ステーションから前記チャックへ搬送する工程が、第３ワークピースを前記後加熱ステーションから前記ロードロックチャンバへ搬送する工程中に同時におきる、等々。故に、前記ロードロックチャンバから前記前冷却ステーションへ、前記冷却ワークピース保持ステーションへ、前記チャックへ、前記後加熱ステーションへ、前記加熱ワークピース保持ステーションへ、そして前記ロードロックチャンバに戻るまでのワークピースの連続搬送は、本開示により得られる。さらに、図１、４、５Ａ−５Ｂおよび６のワークピース搬送アーム１８８は図４、５Ａ、および５Ｂに図示されるように、ロードロックチャンバ１８２とチャック１２０と前冷却ステーション１３６と前加熱ステーション１５８の間で同時に２つ以上のワークピース１１８を有利に搬送することができる。追加的な例において、ワークピース搬送アーム１８８は、図６および７の冷却ワークピース保持ステーション１９４と加熱ワークピース保持ステーション１９８との間でワークピースを追加的に搬送することができ、上述のように、結露を防止するために前記ワークピースの適切な加熱及び冷却を最適に提供する間は、有利に処理能力を増す。

本発明は特定の態様または複数の態様に対して述べられ示されているが、上記に述べられている態様は、本発明のいくつかの態様の単なる実施例として機能し、本発明の適用はこれらの態様によって制限されないことに注目されたい。特に、上記に述べられた要素（組立部品、装置、回路等）、それらの要素を述べるために使用される用語（“手段”も含む）によって行われる様々な機能に関しては、その他の記載がない限り、本発明の本文で図示された例示的な態様において、特定の機能を行う開示された構造がたとえ構造的に同等でなくとも、述べられた要素の特定の機能を行う任意の要素（すなわち、作用的に同等）に一致するように意図されている。加えて、本発明の特定の特徴が、いくつかの態様のうち１つだけに対して開示されている可能性があるが、そのような特徴は、任意または特定の適用において、望まれおよび有利となり得るので、他の態様のうち１つまたはそれ以上と組み合わせてもよい。したがって、本発明は上記に述べられた態様に制限されるものではなく、添付された請求項および該請求項と同等のものによってのみ制限される。

Claims (24)

1. 自身に関連づけられている真空のプロセス環境を有するプロセスチャンバと、
   前記プロセスチャンバ内に設置されたワークピースに複数のイオンを供給するために構成されているイオン注入装置と、
   前記複数のイオンに前記ワークピースが暴露されている間、前記プロセスチャンバ内の前記ワークピースを支持するとともに、さらに前記ワークピースを処理温度に至るまで冷却するために構成されたチャックと、
   前記プロセスチャンバと動作可能に接続されているとともに、外部環境から前記プロセス環境を分離するために構成され、プロセスチャンバと前記外部環境との間での前記ワークピースの搬送の間に前記ワークピースを支持するために構成されたワークピースサポートを含む、ロードロックチャンバと、
   前記プロセスチャンバ内に設置され、第１温度に至るまで前記ワークピースを冷却するために構成された冷却ワークピースサポートを含む、前冷却ステーションと、
   前記前冷却ステーションから搬送された前記ワークピースを受けると共に支持するために構成された冷たいワークピースサポートであって、自身の上に前記ワークピースが存在する間、前記ワークピースの第１温度を維持するためにさらに構成された冷たいワークピースサポートを含み、前記プロセスチャンバ内に設置された冷却ワークピース保持ステーションと、
   前記プロセスチャンバ内に設置され、第２温度に至るまで前記ワークピースを加熱するために構成された加熱ワークピースサポートを含む、後加熱ステーションと、
   前記後加熱ステーションから搬送された前記ワークピースを受けると共に支持するために構成された熱いワークピースサポートであって、自身の上に前記ワークピースが存在する間、前記ワークピースの第２温度を維持するためにさらに構成された熱いワークピースサポートを含み、前記プロセスチャンバ内に設置された加熱ワークピース保持ステーションと、
   前記チャックと前記ロードロックチャンバと前記前冷却ステーションと前記冷却ワークピース保持ステーションと前記後加熱ステーションと前記加熱ワークピース保持ステーションとの２つ以上の間で２つ以上のワークピースを同時搬送するために構成されたワークピース搬送アームと、を含んでいるイオン注入システム。
2. 前記チャックが前記処理温度に至るまで前記ワークピースを冷却するために構成された静電チャックを含む、請求項１に記載のイオン注入システム。
3. 前記ワークピース搬送アームが、前記チャックとロードロックチャンバとから、または前記冷却ワークピース保持ステーションと前記加熱ワークピース保持ステーションとから、または前記前冷却ステーションと前記後加熱ステーションとから、それぞれのワークピースを同時把握または同時解放するために構成され、前記ワークピース搬送アームの回転位置に基部を有する、請求項１に記載のイオン注入システム。
4. 前記第１温度が前記処理温度より低い、請求項１に記載のイオン注入システム。
5. 前記前冷却ステーションは、前記ワークピースを支持および前記第１温度に至るまで冷却するために構成された冷却プレートを含んでおり、前記ワークピース搬送アームは、前記冷却プレートへと前記ワークピースを搬送するために、また、前記冷却プレートから前記ワークピースを搬送するために構成されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
6. 前記冷却プレートが、１つまたはそれ以上のペルチェクーラー、極低温ヘッドおよび循環冷凍ループを含んでいる、請求項５に記載のイオン注入システム。
7. 前記前冷却ステーションがさらに、
   前記冷却ワークピースサポートの周囲あたりに配置され、前記ワークピースの外面を支持するために構成された前冷却ガスシーリングリングと、
   前記冷却ワークピースサポート上の前記ワークピースの位置を維持するために構成された前冷却クランプと、
   前記ワークピースと前記冷却ワークピースサポートの表面との間で規定されるガス冷却スペースの間に前冷却ガスを提供するために構成され、前記前冷却ガスの圧力が前記ワークピースの冷却を概して決定する前冷却ガス源と、を含む請求項５に記載のイオン注入システム。
8. 前記後加熱ステーションが、前記ワークピースを支持および前記第２温度に至るまで加熱するために構成された加熱プレートを含む加熱ステーションサポートを含んでおり、前記ワークピース搬送アームは、前記加熱プレートへと前記ワークピースを搬送するために、また、前記加熱プレートから前記ワークピースを搬送するために構成されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
9. 前記後加熱ステーションがさらに、
   前記加熱ワークピースサポートの周囲あたりに配置され、前記ワークピースの外面を支持するために構成された後加熱ガスシーリングリングと、
   前記加熱ワークピースサポート上の前記ワークピースの位置を維持するために構成された後加熱クランプと、
   前記ワークピースと前記加熱ワークピースサポートの表面との間で規定されるガス加熱スペースの間に後加熱ガスを提供するために構成され、前記後加熱ガスの圧力が前記ワークピースの加熱を概して決定する後加熱ガス源と、を含む請求項８に記載のイオン注入システム。
10. 前記プロセスチャンバ内で、前記チャックが前記ロードロックチャンバに正対し、前記前冷却ステーションが前記後加熱ステーションに正対し、前記冷却ワークピース保持ステーションが前記加熱ワークピース保持ステーションに正対する、請求項９に記載のイオン注入システム。
11. 前記ワークピース搬送アームが、互いから９０度に設置されたワークピース搬送クランプを２対含み、前記ワークピース搬送クランプの各対が互いに正対し、ワークピース搬送クランプの各対が、前記チャックと前記ロードロックチャンバとからまたは前記前冷却ステーションと前記後加熱ステーションとからまたは前記冷却ワークピース保持ステーションと前記加熱ワークピース保持ステーションとから、それぞれのワークピースを個々に同時把握または同時解放するために構成され、前記ワークピース搬送アームの回転位置に基部を有する、請求項１０に記載のイオン注入システム。
12. 前記プロセスチャンバ内で、前記チャックが前記ロードロックチャンバに正対し、前記前冷却ステーションが前記後加熱ステーションに正対する、請求項１に記載のイオン注入システム。
13. 前記ワークピース搬送アームが、１つの軸について個別に回転するために構成されたワークピース搬送クランプを少なくとも１対含み、前記ワークピース搬送クランプの少なくとも１対が、前記チャックと前記ロードロックチャンバとから、または前記冷却ワークピース保持ステーションと前記加熱ワークピース保持ステーションとから、または前記前冷却ステーションと前記後加熱ステーションとから、それぞれのワークピースを同時把握または同時解放するために構成され、前記少なくとも１対のワークピース搬送クランプの回転位置に基部を有する、請求項１に記載のイオン注入システム。
14. 前記後加熱ステーションおよび前記前冷却ステーションが、前記プロセスチャンバ内で互いから概して分離されている請求項１に記載のイオン注入システム。
15. 所望のプロセス処理能力に基づいて、前記第１温度および前記第２温度を決定するために構成されたコントローラーをさらに含む請求項１に記載のイオン注入システム。
16. 前記前冷却ステーションおよび前記後加熱ステーションの前記ワークピースの温度を測定するために構成された温度監視システムをさらに含み、前記ワークピースの測定された前記温度に基づいて、前記第１温度に至るまで前記ワークピースを冷却調整および前記第２温度に至るまで前記ワークピースを加熱調整するために前記コントローラーがさらに構成される、請求項１５に記載のイオン注入システム。
17. 前記ワークピース搬送アームは、前記ワークピース搬送アームのそれぞれ正対する端部に配置された２つのワークピースを同時把握または同時解放するためにさらに構成され、前記ワークピース搬送アームは、１つの軸について一斉に選択的に回転し、前記軸について個別に回転することで鋏のように選択的に開閉するために構成された２つのアームを含み、開放位置において、前記２つのアームは、前記２つのワークピースに接触することなく、前記２つのワークピースを概して囲むために構成されており、閉鎖位置において、前記２つのアームは、前記２つのワークピースに接触し、前記２つのワークピースを同時把握するために構成されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
18. 外部温度および外部圧力である外部環境内にワークピースを提供する工程と、
    互いに正対し、２つ以上のワークピースの周囲を選択的に把握および解放するために構成され、鋏のように開閉するために構成された少なくとも１対のワークピース搬送クランプを含むワークピース搬送アームを提供する工程と、
    前記ワークピースを前記外部環境からロードロックチャンバへ搬送する工程と、
    前記ロードロックチャンバ内の圧力を実質的な真空まで下げる工程と、
    前記ワークピース搬送アームによって、前記ワークピースを前記ロードロックチャンバから冷たい注入イオン注入システム内のプロセスチャンバの真空環境内の前冷却ステーションへ搬送する工程と、
    処理温度より低い第１温度まで冷却された前記前冷却ステーションで前記ワークピースを冷却する工程と、
    前記ワークピース搬送アームによって、前記ワークピースを前記前冷却ステーションから前記真空環境内の冷却ワークピース保持ステーションの冷たいワークピースサポートへ搬送する工程と、
    前記冷たいワークピースサポートの上に前記ワークピースが存在する間、前記冷たいワークピースサポートによって、前記ワークピースの前記第１温度を維持する工程と、
    前記ワークピース搬送アームによって、前記ワークピースを前記冷却ワークピース保持ステーションから前記真空環境内の処理温度まで冷却されたチャックへ搬送する工程と、
    前記ワークピース内にイオンを注入する工程と、
    前記ワークピース搬送アームによって、前記ワークピースを前記チャックから前記真空環境内の後加熱ステーションへ搬送する工程と、
    前記外部温度より高い第２温度まで加熱された前記後加熱ステーションで前記ワークピースを加熱する工程と、
    前記ワークピース搬送アームによって、前記ワークピースを前記後加熱ステーションから前記真空環境内の加熱ワークピース保持ステーションの熱いワークピースサポートへ搬送する工程と、
    前記熱いワークピースサポートの上に前記ワークピースが存在する間、前記熱いワークピースサポートによって、前記ワークピースの前記第２温度を維持する工程と、
    前記ワークピース搬送アームによって、前記ワークピースを前記加熱ワークピース保持ステーションから前記ロードロックチャンバへ搬送する工程と、
    前記ロードロックチャンバ内の圧力を前記外部圧力まで上げる工程と、
    前記ワークピースを前記ロードロックチャンバから移動させる工程と、を含むサブ周囲温度でワークピース内にイオン注入する方法。
19. 前記ワークピースを冷却する工程が、冷却ワークピースサポートに前記ワークピースを留める工程と、前記ワークピースの背面に前記第１温度で背面ガスを提供する工程と、を含む請求項１８に記載の方法。
20. 前記ワークピースを加熱する工程が、加熱ワークピースサポートに前記ワークピースを留める工程と、前記ワークピースの背面に第２温度で背面ガスを提供する工程と、を含む請求項１８に記載の方法。
21. 前記第１温度が前記処理温度より少なくとも１桁低く、前記第２温度が１５０度より高くない、請求項１８に記載の方法。
22. 前記ワークピースを前記ロードロックチャンバから前記前冷却ステーションへ搬送する工程が、他のワークピースが前記チャックから前記後加熱ステーションへ搬送される工程と同時に行われる、請求項１８に記載の方法。
23. 前記ワークピースを前記前冷却ステーションから前記チャックへ搬送する工程が、前記他のワークピースが前記後加熱ステーションから前記ロードロックチャンバへ搬送される工程と同時に行われる、請求項２２に記載の方法。
24. 前記ワークピースを搬送する工程が２つ以上のワークピースを同時搬送する工程を含む、請求項１８に記載の方法。

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