CN101013138A - 晶片检测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种晶片检测***及方法。该晶片检测***,包括:处理贮槽;图像检测装置,装配于处理贮槽的旁边,用以取得该处理贮槽内的第一图像数据;以及图像处理装置,具有原始图像储存数据,且连接至该图像检测装置以接收该第一图像数据;其中该原始图像储存数据及第一图像数据经该图像处理装置比较后,当两者的差异在设定范围内时决定该处理贮槽的状况为第一一致状态,或当两者的差异在设定范围外时,决定该处理贮槽的状况为第一不一致状态。本发明提供了能更有效检测晶片破损或错位的装置,且该装置能运用于各式贮槽。除此之外,还能检测贮槽底部的晶片碎片,以及移动装置上晶片间错位或破损的晶片。
Description
技术领域
本发明总的关于一种晶片检测的方法及装置,特别关于检测无晶片承载器湿式装置中破损或错位的晶片。
背景技术
半导体的制作包含各种不同的处理,除了在晶片上形成多晶硅、氮氧化硅及金属等多层结构外,每一层在形成后一般还需要扩散、光刻、蚀刻、清洗等处理。
蚀刻处理可选择性地移除硅基板或基板表面的薄膜,其选择性一般来自于图案化的掩模:留下被掩模保护的部分,并移除未被掩模保护的部分。蚀刻大致分为两类:气体的干式蚀刻及液体的湿式化学蚀刻。等离子体蚀刻、离子束蚀刻及反应性离子蚀刻属于前者,而浸润式蚀刻及喷洒蚀刻属于后者。
湿式化学蚀刻半导体晶片的装置,一般可为浸润式化学清洗装置如湿式蚀刻清洗设备(wet bench),其具有化学贮槽、清洗贮槽、移动机械及干燥器。计算机控制的自动机械可使晶片以批次顺序通过上述贮槽。目前半导体的清洗处理中,使用溶剂、去离子水及/或界面活性剂;而超声波清洗处理则是应用高频声波以去除晶片表面的粒子。
晶片可能因为移动机械不精确的定位,产生移位甚至破损。这些问题必须及早发现,以免造成晶片移动装置的夹头、晶片承载器或处理贮槽本身等机具更严重的损害。此外,晶片破损的碎片还会刮伤后续的晶片并降低合格率。
图1a-1d显示现有的检测装置,其中的光传感器可检测是否仍有晶片1000残留在去离子水槽,当光传感器检测到通过去离子水槽的激光束时,即表示没有晶片1000残留。问题在于这种设计并不能检测到残留于槽底的斜置晶片或碎片(因为激光并没有被挡住),因此这些碎片将继续损害整个***设备。此外,如果错位或破损的晶片夹在相邻的晶片间而未残留于贮槽时,现有的检测装置依然无法检测此种错误,但这些碎片也会造成晶片移动装置的夹头、晶片盛载座(wafer guide)、贮槽本身以及后续晶片严重的损害。更糟的是,现行的光感测装置只能应用于去离子水槽,而不能应用在化学腐蚀性***。而且一般化学贮槽都是不透明的,因此也无法将光感测装置及激光产生装置设于贮槽壁外以避免腐蚀性的问题。
因此,目前急需一种能更有效检测晶片破损或错位的装置,且该装置能运用于各式贮槽如去离子水槽、腐蚀性溶剂或不透光溶剂或不透光贮槽。除此之外,还能检测贮槽底部的晶片碎片,以及移动装置上晶片间错位或破损的晶片。
发明内容
有鉴于此,为能更有效的检测破损或错位的晶片,本发明提供一种晶片检测***,包括处理贮槽;图像检测装置,装配于处理贮槽的邻近处,用以取得处理贮槽内的第一图像数据;以及图像处理装置,具有原始图像储存数据,且连接至图像检测装置以接收第一图像数据;其中原始图像储存数据及第一图像数据经图像处理装置比较后,当两者的差异在一设定范围内时决定处理贮槽的状况为第一一致状态,或当两者的差异在一设定范围外时,决定处理贮槽的状况为第一不一致状态。
如本发明所述的晶片检测***,其中该处理贮槽包括处理液体用以浸润晶片,且该第一一致状态为该处理贮槽的该处理液体浸润晶片前的状态。
如本发明所述的晶片检测***,其中该第一一致状态为该处理贮槽与该处理液体的图像,而该第一不一致状态为至少一破损的晶片位于该处理贮槽内的该处理溶液的图像。
如本发明所述的晶片检测***,其中该图像检测装置包括电荷耦合装置、有源声纳转换器或红外线相机。
如本发明所述的晶片检测***,其中还包括使用者接口以指出该第一不一致状态,包括显示第一图像数据的图像显示器。
如本发明所述的晶片检测***,其中还包括晶片移动装置以承载多个晶片,且该图像检测装置将至少部分的该晶片移动装置及所述晶片的图像作为第二图像数据;以及该图像处理装置具有第二储存图像数据,且连接至该图像检测装置以接收该第二图像数据;其中该第二储存图像数据及第二图像数据经该图像处理装置比较后,当两者的差异在设定范围内时决定该处理贮槽的状况为第二一致状态,或当两者的差异在设定范围外时,决定该处理贮槽的状况为第二不一致状态。
如本发明所述的晶片检测***,其中该第二不一致状态为该晶片移动装置上的晶片破损或错置。
如本发明所述的晶片检测***,其中还包括移动机械用以移动该图像检测装置,以扫描该处理贮槽的图像。
如本发明所述的晶片检测***,其中还包括邻接该处理贮槽的声纳转换检测器,其发射声波到该处理贮槽内的处理液体,并接收该处理贮槽反射的第一声波数据,以及声纳处理装置,具有第一声波储存数据,且连接至该声纳转换检测器以接收该第一声波数据;其中该第二声波储存数据及第二声波数据经该声纳处理装置比较后,当两者的差异在设定范围内时决定该处理贮槽的状况为第一一致状态,或当两者的差异在设定范围外时,决定该处理贮槽的状况为第一不一致状态。
本发明还提供一种晶片检测***,包括图像检测装置,用以选取半导体处理贮槽的内部图像作为第一图像数据;以及图像处理装置,具有第一储存图像数据,且连接至图像检测装置以接收第一图像数据;其中第一储存图像数据及第一图像数据经图像处理装置比较后,当两者实质相同时为第一一致状态,或当两者实质不同时为第一不一致状态。
本发明还提供一种晶片检测方法,包括检测第一图像,其显示半导体处理贮槽内部;数字化第一图像,并提供第一信号至第一图像分析器,其中第一信号包括第一图像的第一数据;在操作员使用的显示装置上显示第一图像;比较第一数据与储存数据,其中储存数据为处理贮槽一致的状态;以及当第一数据与第一储存数据不一致时,发送第二信号指出处理贮槽为不一致的状态;其中第二信号包括警示信号,提醒操作员处理贮槽的状态不一致。
因此,本发明提供了能更有效检测晶片破损或错位的装置,且该装置能运用于各式贮槽。除此之外,还能检测贮槽底部的晶片碎片,以及移动装置上晶片间错位或破损的晶片。
附图说明
图1a-1d为一系列侧视图,为已知的检测装置,用以检测处理贮槽内的半导体晶片;
图2为本发明的检测***的示意图,其图像传感器位于晶片处理贮槽的上方;
图3为本发明一实施例的检测***的示意图,其具有自动图像对比装置;
图4为本发明另一实施例的检测***的示意图,其具有声纳转换检测器,用以监测图2所示的晶片处理贮槽;
图5为本发明又一实施例的检测***的侧视图,其具有红外线转换接收器,用以监测图2所示的晶片处理贮槽;
图6为本发明其它实施例的检测***的示意图,其具有移动式检测装置以检测晶片处理贮槽;
图7为本发明另一其它实施例的检测***的示意图,其处理贮槽内至少一晶片为可移动式。
其中,附图标记说明如下:
10 处理检测***
24 图像处理器
26 处理贮槽
27 处理液体的液面
28 检测装置
30 发光装置
32 计算机处理器
34 屏幕
36 使用者接口
38 存储单元
40 高微粒气体过滤器
42 空气补给
50 声纳转换器
60 红外线检测器
80、82 移动机械
100 电荷耦合装置为主的***
200 声纳为主的***
300 红外线为主的***
1000 晶片
具体实施方式
本发明实施例公开了适用于各种湿式蚀刻清洗设备的处理检测***10,用以检测破损或错位的晶片。如图2所示,处理检测***10包含图像检测装置28,位于处理贮槽的上方。本发明的较佳实施例中,图像检测装置为电荷耦合装置(CCD)照相机,处理贮槽26为湿式蚀刻清洗设备的去离子水贮槽。然而当处理贮槽含有腐蚀性液体如磷酸时,***100将进一步产生高效微粒气体(high efficiency particular air,HEPA)洒向检测装置28,以确保处理贮槽逸散的腐蚀性化学蒸汽不致损坏检测装置28。因此,在检测装置28的上方或周围可设置空气补给42及高微粒气体过滤器40。
图像检测装置28的位置以能接收到处理贮槽26内所有液面27为佳。当然,若处理贮槽内的液体为透明时,图像检测装置28也能接收液面下的所有情况如晶片1000、晶片移动装置或其它液面下的物体。可将图像处理装置24连接至上述的图像检测装置28,其具有图像处理的电路及软件,可将检测装置28产生的信号转换成图像,并显示于架设于工作站的显示器,如计算机屏幕,使操作员可以观看。操作员通过显示器可快速决定处理贮槽的状态是否适合进行后续作业或由***程序根据本发明自动判定。举例来说,当处理贮槽内的晶片1000有破损碎片时,或晶片移动装置上有错位晶片时,即为不一致或不合适的状况。远程操作员应能通过图像检测装置28明确的发现上述不一致的状况。图像检测装置28可随操作员的指令接收单元格的静态画面,或接收处理操作中连续的图像。
如图3所示,处理检测***100可为完全自动化的检测***,其包括合适的软件以自动比较处理贮槽26的实时图像(可能是槽内或液面的图像)以及之前适合进行后续作业的一致状况。经比较后可确认槽内状况一致与否。此图中,与图2一样的装置使用一样的符号。检测***100可具有图像检测装置28,其连接至图像处理器24。检测装置可接收并数字化处理贮槽26中或其内含物选定的部分如晶片移动装置,并可提供检测信号至图像处理装置24。图像处理装置24可接收检测到的信号,并将信号与之前储存的图像数据作比较。举例来说,空的处理贮槽的图像可当作“背景图案”,为一致的状态。之后当晶片1000经清洗且自处理贮槽移出后,检测装置28接收图像并传送至图像处理装置24,将两者数字化的图像作比较。若两种图像不符合,则表示处理贮槽为不一致的状态,可能是有晶片碎片残留在处理贮槽中。另一例中,可应用适当软件将晶片及移动装置占据处理贮槽的空间以阴影遮蔽。当晶片1000移入处理贮槽后,其图像可被检测装置28接收。而其它非阴影遮蔽区内出现的物质均视作不正常的状态,即有破损的晶片、错位的晶片或其它阻碍物。
图像处理装置24可执行多种分析工作,比如分析信号、动态分析、工作排程、发出警示信号、产生进一步控制的信号等等。图像处理装置24可设置于处理贮槽26的周围,使操作员可对处理贮槽26及图像处理装置24快速反应,或由***程序根据本发明自动判定,及早修正造成不一致状态的原因。此外,图像处理装置24还可设置于远离处理贮槽的位置如控制中心,使操作者可同时监控不同处理区域及湿式蚀刻清洗设备。
在另一实施例中,检测装置28或图像处理装置24可储存检测区的图像,以作为日后分析之用。如前所述,检测装置28可为电荷耦合装置照相机、光电池或其它类似的自动检测装置,用以得到检测区域内的图像。在一实施例中,检测装置28具有至少一电荷耦合装置的单色或彩色照相机,视处理需要而定。电荷耦合装置照相机产生的电子信号可传送至图像处理装置24进行转换。因此,检测装置28可提供高分辨率的图像至图像处理装置24。
为提高检测装置28所得的图像分辨率,可利用发光装置30确保检测区域具有足够的亮度。在一实施例中,发光装置30包括可切换照明状态的***,使检测装置28可得到检测区域的图像。发光装置30的型式及设计取决于检测装置28的种类。但一般说来,发出的光最好均匀分散于检测区域,使检测装置28能检测到适合图像处理装置24分析的图像。在一实施例中,发光装置30可为泛光灯(flood lighting),其提供一均匀反射的光线于检测目标,并减少眩光、阴影、图像扭曲等问题。此外,发光装置30也可为多个发光二极管。
如前所述,检测装置28可将数字版本的图像传送至图像处理装置24。图像处理装置24可包括计算机处理器32、屏幕34或其它显示器。为了操作员方便使用处理器32,可增加使用者接口36(即键盘、鼠标或触控式屏幕)。如前述的计算机处理器32可分析来自检测装置28所提供的图像,以确认贮槽内的状况是否一致(即晶片移动装置上的晶片是否错位,或晶片1000自处理贮槽取出后是否残留碎片于槽底)。存储单元38连接至计算机处理器32,其储存的标准图像可与检测图像做比较。在比较的同时检测图像也显示于屏幕34,优点在于操作员可实时掌握分析结果,并确认不一致的状况。
上述设置的图像处理器24可监控处理贮槽的状况。在本发明一实施例中,图像处理器24还可以信号或警示告知操作者不一致的状况。举例说来,包括以可听见或可看见的方式警告操作者,使其注意屏幕上的图像或亲自确认贮槽,以确认不一致的状况为何。在一实施例中,图像处理器加装警示器以显示贮槽26不一致的状况,警示器包括喇叭、发光二极管(LED)、液晶显示器(LCD)或其它可见或可听的警示。在不一致的状况排除前,图像处理器24还可直接或间接停止处理设备,以避免晶片移动装置将下一批次的晶片1000置入有状况的贮槽。自动停止装置可有效保护晶片移动装置及晶片1000免受晶片碎片损害。
图像处理器24连接的存储单元38可长时间的储存永久数据如硬盘、磁带、光盘等等,或短时间的储存可移除数据如RAM、闪存等等。
上述图像处理器24处理的数据可记录下来,以作为整个处理或单一处理的报告。举例来说,可汇集不同处理的数据以了解造成不一致状态的原因;比如了解上游处理的不一致状态是否与去离子水贮槽内的破损晶片正相关。这些报告可改善单一处理或教育训练操作员,进而改善整个处理的合格率。
处理检测***100可同时监控单一湿式蚀刻清洗设备内的多个处理贮槽26。一个或多个检测装置28可连接至湿式蚀刻清洗设备内单一处理贮槽或所有的处理贮槽。检测装置内的光学仪器或照相机的检测速度必须够快,以避免遗漏处理贮槽26内的图像。为有效分析数字化图像,较佳分辨率需大于或等于512*480。检测区的静态图像可储存于内存、移动媒体或纸张。
如前所述,检测装置28检测锁定区域的图像,并将其传输至图像处理装置24以确认处理贮槽26的状况。在一实施例中,计算机处理器32可执行至少一个演算以分析比较标准图像与传送进来的图像否一致。算法可简单的比较每一图像独立的像素,以区别两者的差别。其它可能的算法还包括图像校正或对准的算法、顺序相似性算法、离散元素检测算法、元素边界检测及特性算法或厚度测量算法。可运用上述算法,或其它合适的算法。当然,结合两种以上的算法比单一算法更精确。
在一较佳实施例的图像处理器24中,计算机处理器32可比较储存于存储单元38内的标准图像数据与输入的图像数据,以确定处理状态是否一致。标准图像可为没有缺陷的状况的图像,并与上述算法与输入数据作比较。
在一实施例中,图像处理器24可将第一图像数据转换成第一组数据(比如晶片移动装置上相邻的晶片1000间的距离),并将第一组数据与第一组标准数据进行比较,以确认处理贮槽26的状况是否一致。当状况一致即发出第一信号,指出第一组数据与第一组标准数据一致;当状况不一致即发出第二信号,指出第一组数据与第一组标准数据不一致。
上述信号处理器与图像处理器的结合可提高检测精确度,并大幅减少人力注意不一致的状况。
处理检测***100还可用于检测一个或多个湿式蚀刻清洗设备内不同的处理贮槽26。多个检测装置28接收的数据传输至图像处理器32,并以多种算法进行计算,以确认所述贮槽内的状况是否一致。操作员可经由一个或多个屏幕34浏览分析结果。
图4的处理检测***200以声纳转换器50取代图2-3的图像检测装置28(如电荷耦合装置照相机)。有源声纳转换器50可发送声波至处理贮槽26,并接收反弹声波以监测贮槽的状况。图2-3的图像检测装置28设置于处理贮槽上方,但声纳转换器50必须与处理贮槽的液体接触以发送声纳脉冲至液体。当处理液体为去离子水时,转换器50可直接接触液体。当处理液体具有腐蚀性如磷酸时,必须以保护性或抗腐蚀材质(如含氟聚合物)包覆或覆盖转换器50,或者将转换器50置于可抗腐蚀的容器中。由于声纳脉冲必须穿过容器壁以检测晶片碎片,因此必须考虑到转换器与容器壁的距离及容器壁厚度。减少容器壁反弹声波的强度可减少干扰噪声。计算容器壁反弹声波的时间可区分反弹的声波是来自容器壁或来自晶片碎片。
与图2-3类似,图像处理器24还具有存储单元38以存放标准状态的声音图形。在处理进行或处理完成后将晶片1000移出处理贮槽26,处理贮槽26内的声纳转换器50可发送并接收声波。图像处理器24将反弹信号与标准状态的声音图形做比较,若两者实质上不同则处理贮槽为不一致的状况。处理检测装置200可视情况需要结合部分或所有图2-3的***100所包含的装置,如使用者接口、分析软件或警示器。
为了给扫描式声纳提供完全检测处理贮槽26,可将有源声纳转换器结合至少一个移动机械80、82,使其可沿着处理贮槽26的边缘或顶部移动。移动机械可为适当的机械手臂,移动方式可由图像处理器24的计算机处理器32控制,或由额外的装置控制。在一实施例中,操作员可通过移动装置外的控制接口选择检查处理贮槽26的特定位置。
如图7所示,还可移动贮槽内的晶片1000通过固定式或有限移动式的转换器50。
在一实施例中,转换器50发出声波在遇到障碍物如槽底或晶片碎片反弹回来转换器50后,***可简单的算出经过的时间并确定状况是否一致。当声波反弹的时间比标准值短时,即表示有其它障碍物如晶片碎片。
当检测到障碍物后,***可发出可见或可听的警告让操作员知道状况不一致。此外,***还可自动中止加载下一批次的晶片进入状况不一致的处理贮槽26,直到状况一致且警告停止。
声纳为主的处理检测***200可用来检测晶片移动装置上的晶片错位,包括结合图6、7的移动机械进行顶部扫描,并比较反弹信号与储存的标准信号,若两者实质上不同则表示状况不一致,并警告操作员使其修正不一致的状况。
声纳为主的***200可单独使用,或结合电荷耦合装置为主的***100。与电荷耦合装置为主的***100相较,声纳为主的处理检测***200具有可应用于不透明处理液体的优点。
在其它实施例中,处理检测***300包含红外线检测器60如红外线相机,设置于处理贮槽26上方或周围,以温度图形确认处理液体内的晶片位置。通过晶片1000、处理液体及晶片移动装置之间的温度差异,可检测到任何贮槽内不正常的状况如破损或错位的晶片1000。上述检测到的红外线图形可与标准状况的红外线图形作比较。
由于红外线的强度与物体温度成正比,稳定的封闭***内如处理贮槽26中的所有物体应具有一样的温度并发散一样强度的红外线。然而一湿式蚀刻清洗设备中不同的处理贮槽具有不同的温度,因此晶片自前一处理贮槽取出时的温度往往不同于下一个处理贮槽的温度。举例来说,晶片可能自160℃的磷酸槽移至60℃的热去离子水槽再移至20℃的冷去离子水槽。因此在晶片刚置入处理贮槽时,晶片1000及处理液体发散的红外线强度不同,红外线检测器60可应用此差异确认处理贮槽的状况是否一致。
红外线检测器60(如相机)检测信号与图像处理器24之间的关系类似于第图2-4所述的其它检测器。电子传感器与信号处理电路,可将红外线检测器60及/或图像处理器24的数据转换成标准屏幕上的图像。红外线为主的处理检测***300可单独使用,或结合电荷耦合装置为主的处理检测***100。与电荷耦合装置为主的***100相较,红外线为主的处理检测***300具有可应用于不透明处理液体的优点。
跟电荷耦合装置为主的***100与声纳为主的***200一样,红外线为主的***300可应用所有或部分的处理软件及分析运算法、回报***、显示器及包括警示器的使用者接口。
上述的图像比较、声波比较或红外线比较使检测***可快速的自动确认不正常的状况,避免损害晶片及敏感易损坏的设备。
本发明的大范围检测机构大幅改进已知的单线检测机构如单束激光配合单一光传感器。此外,本发明可结合移动机械以得到立体的检测***。例如,将检测器设置于可控式移动结构上,则可以移动方式检测物体(如晶片移动装置上的晶片或处理贮槽)。如图6、7所示,利用一对移动机械80、82使检测器可扫描处理贮槽的顶部及侧部,以得到处理贮槽完全的立体图像。
虽然本发明已以数个较佳实施例公开如上,然其并非用以限定本发明,任何本领域专业人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作任意的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种晶片检测***,包括:
处理贮槽;
图像检测装置,装配于处理贮槽的邻近处,用以取得该处理贮槽内的第一图像数据;以及
图像处理装置,具有原始图像储存数据,且连接至该图像检测装置以接收该第一图像数据;
其中该原始图像储存数据及第一图像数据经该图像处理装置比较后,当两者的差异在设定范围内时决定该处理贮槽的状况为第一一致状态,或当两者的差异在设定范围外时,决定该处理贮槽的状况为第一不一致状态。
2.如权利要求1所述的晶片检测***,其特征在于,该处理贮槽包括处理液体用以浸润晶片,且该第一一致状态为该处理贮槽的该处理液体浸润晶片前的状态。
3.如权利要求2所述的晶片检测***,其特征在于,该第一一致状态为该处理贮槽与该处理液体的图像,而该第一不一致状态为至少一破损的晶片位于该处理贮槽内的该处理溶液的图像。
4.如权利要求3所述的晶片检测***,其特征在于,该图像检测装置包括电荷耦合装置、有源声纳转换器或红外线相机。
5.如权利要求1所述的晶片检测***,其特征在于,还包括使用者接口以指出该第一不一致状态,包括显示第一图像数据的图像显示器。
6.如权利要求1所述的晶片检测***,其特征在于,还包括晶片移动装置以承载多个晶片,且该图像检测装置将至少部分的该晶片移动装置及所述晶片的图像作为第二图像数据;以及
该图像处理装置具有第二储存图像数据,且连接至该图像检测装置以接收该第二图像数据;
其中该第二储存图像数据及第二图像数据经该图像处理装置比较后,当两者的差异在设定范围内时决定该处理贮槽的状况为第二一致状态,或当两者的差异在设定范围外时,决定该处理贮槽的状况为第二不一致状态。
7.如权利要求6所述的晶片检测***,其特征在于,该第二不一致状态为该晶片移动装置上的晶片破损或错置。
8.如权利要求1所述的晶片检测***,其特征在于,还包括移动机械用以移动该图像检测装置,以扫描该处理贮槽的图像。
9.如权利要求1所述的晶片检测***,其特征在于,还包括邻接该处理贮槽的声纳转换检测器,其发射声波到该处理贮槽内的处理液体,并接收该处理贮槽反射的第一声波数据,以及
声纳处理装置,具有第一声波储存数据,且连接至该声纳转换检测器以接收该第一声波数据;
其中该第一声波储存数据及第一声波数据经该声纳处理装置比较后,当两者的差异在设定范围内时决定该处理贮槽的状况为第一一致状态,或当两者的差异在设定范围外时,决定该处理贮槽的状况为第一不一致状态。
10.一种晶片检测方法,包括:
检测第一图像,其显示半导体处理贮槽内部;
数字化该第一图像,并提供第一信号至第一图像分析器,其中该第一信号包括该第一图像的第一数据;
在操作员使用的显示装置上显示该第一图像;
比较该第一数据与储存数据,其中该储存数据为该处理贮槽一致的状态;以及
当该第一数据与该第一储存数据不一致时,发送第二信号指出该处理贮槽为不一致的状态;
其中该第二信号包括警示信号,提醒操作员该处理贮槽的状态不一致。
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