CN104471104A - 用于处理基板的扫描式喷射器组件模块 - Google Patents
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Abstract
描述了一个喷射模块组件(IMA),该喷射模块组件(IMA)沿着预定路径移动以将气体喷射到基板上并且排出过量的气体。该IMA可以用于处理因为各种原因而难于移动的基板,这些原因例如是基板的较大的尺寸和重量。IMA通过多个结构连接至一组或更多组联合臂,以提供用于喷射气体或排出过量气体的一个或更多个路径。IMA通过第一驱动机构(例如,线性马达)移动,联合臂独立地通过第二驱动机构(例如,滑轮和缆绳)操纵以减小由于联合臂的重量引起的力或力矩。使第一驱动机构和第二驱动机构的运动同步来移动IMA和联合臂。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2012年3月29日提交的共同未决美国临时专利申请No.61/617,525的申请的优先权,该申请的全部内容通过参引的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及一种用于通过将气体喷射到基板上来执行材料在基板上的沉积或者处理基板的表面的喷射器组件模块。
背景技术
各种各样的化学工艺被用来使材料沉积到基板上。这些化学工艺包括化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)和分子层沉积(MLD)。CVD是用于将材料层沉积到基板上的最常见的方法。在CVD中,将反应性气体前驱体混合,然后输送至反应室,在反应室中,在混合气体与基板相接触之后材料层沉积。
ALD是将材料沉积到基板上的另一种方法。ALD使用与物理吸附的分子的键合力不同的化学吸附的分子的键合力。在ALD中,源前驱体被吸收到基板的表面中,然后用惰性气体吹扫。因此,源前驱体的物理吸附的分子(通过范德华力结合)会从基板中解吸。然而,源前驱体的化学吸附的分子是共价键合的,因此,这些分子被强烈地吸附在基板中,并且不会从基板中解吸。源前驱体的化学吸附的分子(被吸收到基板上的)与反应物前驱体的分子发生反应和/或被反应物前驱体的分子替换。然后,过量的前驱体或物理吸附的分子通过喷射吹扫气体和/或抽吸反应室去除,从而获得最终的原子层。
MLD是类似于ALD的薄膜沉积法,但是在MLD中,分子作为单元沉积到基板上,以形成基板上的聚合物膜。在MLD中,在每个反应循环中都发生分子碎片的沉积。对于MLD而言,前驱体通常是同双功能反应物。MLD法一般用于在基板上沉积聚合物或有机-无机杂化薄膜。
为了在基板上执行空间ALD或MLD沉积法,基板相对于固定喷射器移动以暴露于不同的气体中。然而,由于基板的尺寸或重量的增大,用于移动基板的装置和部件也变得过大或者不经济。
发明内容
实施方式涉及使用第一驱动机构使喷射模块组件移动越过基板、以及使用第二驱动机构使连接至喷射模块的一组臂旋转来处理基板的表面或者在基板上沉积材料层。气体经由形成在该一组臂中的路径喷射到具有面向基板的表面的喷射模块组件中。该一组臂包括至少一个第一臂和第二臂,第二臂的一端通过铰链可旋转地连接至第一臂的一端。第一臂的另一端可旋转地连接至喷射模块,第二臂的另一端可旋转地连接至固定通口。该组臂通过第二驱动机构使得第一臂的另一端以与喷射模块组件相同的速度和相同的方向移动的速度旋转,。
在一个实施方式中,在将基板暴露于来自喷射模块组件的气体中之后残留的过量气体经由形成在喷射模块组件和另一固定通口之间的另一组臂中的路径排出。另一组臂也通过第二驱动机构旋转。
在一个实施方式中,第一驱动机构包括喷射模块组件中的线性马达和用于支承该线性马达的轴。
在一个实施方式中,第二驱动机构包括马达、一组臂上的滑轮以及在滑轮之间延伸的缆绳。
在一个实施方式中,铁磁流体密封件设置为密封在铰链和一组臂之间的间隙。
在一个实施方式中,气体是用于在基板上执行原子层沉积(ALD)的源前驱体或反应物前驱体。
在一个实施方式中,气体被传送至喷射模块组件的用于接收气体的室中,以及将所述基板经由形成在所述喷射模块组件中的通道暴露于所述气体中。
在一个实施方式中,通过使气体经过形成在喷射模块组件的面向基板的表面上的狭窄区域传递,能够促进去除基板上的气体的物理吸附的分子。该狭窄区域形成在用于接收气体的室和形成在喷射模块组件中的排气腔之间。
在一个实施方式中,狭窄区域的高度小于室的高度的1/3。
在一个实施方式中,狭窄区域的高度小于室的宽度的1/3。
在一个实施方式中,过量气体经由形成在喷射模块组件中的通道传送至另一组臂中的路径中。
附图说明
图1是根据一个实施方式的包括喷射模块组件的处理装置的立体图。
图2A是根据一个实施方式的喷射模块组件(IMA)的立体图。
图2B是根据一个实施方式的沿图2A的线M-N截取的IMA的局部横截面视图。
图3是根据一个实施方式的处理装置的IMA的侧视图。
图4A和4B是根据一个实施方式的附接至IMA并且由滑***纵的联合臂的图解。
图5A和5B是根据一个实施方式的图示过量气体经由联合臂从IMA排出的图解。
图6A和6B是根据一个实施方式的图示气体经由联合臂喷射到IMA中的图解。
图7是根据一个实施方式的图示为处理基板而操纵IMA的过程的流程图。
具体实施方式
本文参照附图对实施方式进行描述。然而,本文所公开的原理可以以不同的形式体现,并且不应该被理解为限制于本文所提出的实施方式。在本说明书中,已知特征和技术的细节可以省略以避免不必要地使本实施方式的特征变得模糊。
在附图中,附图中相同的附图标记表示相同的元件。为清楚起见,附图的形状、尺寸和区域等可以被扩大。
实施方式涉及一个喷射模块组件(IMA),该喷射模块组件(IMA)沿着预定路径移动以将气体喷射到基板上并且从IMA排出过量的气体。该IMA可以用于处理因为各种原因而难于移动的基板,这些原因例如是基板的较大的尺寸和重量。IMA通过多个结构连接至一组或更多组联合臂,以提供用于喷射气体或排出过量气体的一个或更多个路径。IMA通过第一驱动机构(例如线性马达)移动,联合臂分别通过第二驱动机构(例如滑轮和缆绳)操纵以减小施加于在联合臂之间的铰链上的力或力矩。第一驱动机构的运动和第二驱动机构的操纵被控制使得IMA和联合臂以同步的方式移动。
图1是根据一个实施方式的包括IMA 114的处理装置100的立体图。处理装置100用于通过将一种或更多种类型气体喷射到基板上从而在基板上沉积材料层或者处理基板的表面。处理装置100可以形成封闭区域以容置IMA 114。在一个实施方式中,处理装置100内的封闭区域保持在低压处或者保持在真空状态中(例如在10mTorr以下)。在处理装置100的一侧,放置有用于暴露于由IMA 114喷射的气体中的基板和保持基板的基座。
IMA 114被放置在轨道116上的直线滑动导轨上或用于沿着预定路径滑动运动的其他支承结构上。该预定路径可以是直的或者是弯曲的。在一个实施方式中,在IMA 114的底部或轨道116的顶部处设有滑动轴承,以减小与IMA 114的运动相关的摩擦力。诸如从处理装置的顶板延伸至IMA 114的吊杆的替代性结构也可以用于可滑动地支承IMA 114。
IMA 114可以通过各种驱动机构水平地移动。用于水平移动IMA114的示例性驱动机构包括在延伸轴108、110上操作的线性马达。替代性地,IMA 114可以由其外表面上形成有螺纹的一个或更多个轴支承。这些螺纹轴可以与形成在IMA 114上或IMA 114中的螺旋部配合,以使IMA 114在螺纹轴或IMA 114中的螺旋部旋转时水平地移动。
IMA 114连接至多组臂以将气体喷射到IMA 114中或者使过量的气体从IMA 114中排出。在图1的示例中,IMA 114连接至三组臂,(i)第一组臂包括用于喷射源气体以及使过量的气体(包括副产物)从IMA 114中排出的臂118A和120A,(ii)第二组臂包括用于通过电缆(未图示)利用等离子体产生自由基的臂118B和120B,其中电缆***臂的管路中,以及(iii)第三组臂包括用于喷射作为反应物气体的由等离子体产生的自由基并且从IMA 114排出过量反应物(以及副产物)的臂118C和120C。每个臂的一端部通过铰链可旋转地连接至彼此,臂的另外的端部则连接至IMA 114或连接至处理装置100外侧的固定通口(连接至管路结构)。以第一组臂为例,臂120A的一端连接至IMA 114,另一端连接至另外的臂118A。臂118A的剩余端则连接至用于从处理装置100中排出过量的气体和副产物的通口。随着IMA 114的水平移动,该组臂中的臂之间的相对角度发生变化。
每组臂均可以包括用于将气体喷射到IMA 114中和/或将过量气体从IMA 114中排出的路径。例如,第二组臂可以包括用于将源前驱体或反应物前驱体连续地喷射到IMA 114中的路径,而第一组臂则包括用于将过量源前驱体从IMA 114中排出的路径,以及第三组臂包括用于将过量反应物前驱体从IMA 114中排出的路径。通过喷射源前驱体和反应物前驱体,随后排出气体,则可以执行诸如原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)和分子层沉积(MLD)的沉积过程。一组臂还可以喷射吹扫气体或排出其他类型的气体,以执行除沉积以外的基板上的处理。臂通过使用驱动机构进行旋转,该驱动机构包括马达(未图示)、滑轮和滑轮之间的缆绳,如下文参照图4A和4B详细描述的。臂可能是沉重的,如果该臂由于IMA 114的运动而被动地移动,则连接这些臂的铰链或接合部可能会过早地磨损。提供单独的驱动机构以使臂旋转的众多优点中的一些优点在于,铰链可以具有更长的寿命,具有较低功率容量的线性马达可以用于移动IMA 114。
图2A是根据一个实施方式的IMA 114的立体图。IMA 114包括面向基板214和基座310的表面220。表面220形成有多个垂直的室232和多个呈缝状的狭窄区域230,以用于接收喷射的气体以及随后将基板214暴露于该喷射的气体中。表面220还包括排气腔236,以排出没有被吸收在基板214中的过量气体和副产物。IMA 114在由箭头270表示的方向上水平移动。
图2B是根据一个实施方式的沿图2A的线M-N截取的IMA 114的局部横截面视图。IMA 114的表面220形成有沿IMA 114垂直延伸的室232。基板214在室232的一侧处与气体相接触。室232经由通道234(形成在IMA 114中)和一组臂(即,包括臂118B、120B的第一组臂)中的路径接收气体。气体填充室232,然后穿过形成在IMA 114中的狭窄区域230、排气腔236。室232中的每一个均具有宽度WE和高度h3。排气腔236连接至排气通道(在图5A中示作512),排气通道转而连接至该组臂中的路径(例如,如下文中参照图5B详细描述的由管道530形成的路径)。
气体在室232中经由狭窄区域230行进至排气腔236,狭窄区域230具有宽度WC和的高度h2。高度h2小于高度h3。在气体行进经过狭窄区域230时,文丘里效应致使气体的速度增大,并且气体的压力下降。因此,在气体经过狭窄区域230时有利于将物理吸附的气体分子从基板214的表面去除。为了加强物理吸附的气体分子从基板表面的去除,一些气体通道234可以用于喷射诸如氩气的吹扫气体。在一个实施方式中,高度h2小于高度h3的1/3。为了引起文丘里效应,使高度h2小于宽度WE的1/3也是有利的。
表面220形成有许多组的室232和狭窄区域230,其中每组均由壁242分隔。壁242离基板214间隔距离h1。虽然具有较小的h1对于避免来自于不同的室232的气体的混合是有利的,但是制造公差、基板214和/或保持基板214的基座310上的非平面工件以及其他因素会限制最小距离h1。诸如氩气的气体可以经由形成在壁242上的孔眼(未图示)喷射,以形成气体帘幕从而防止不同的室232内的气体的混合。
图3是根据一个实施方式的处理装置的IMA 114的侧视图。IMA114中放置在滑动轴承318上,滑动轴承318在轨道116上移动,其作用是引导线性运动。IMA 114在基板214和基座310的上方如箭头270所表示地水平移动,以处理基板214的表面。
IMA 114可以沿一个方向移动或者在两个方向上往复运动,以执行在基板214的表面上的处理。在图3中,为方便起见,只示出了一组臂118A、120A。如上文参照图1所描述的,延伸轴108、110与安装在IMA 114中的线性马达相互配合以水平地移动IMA 114。
图4A和4B是根据一个实施方式的附接至IMA 114并且由滑轮410、414、418操纵的联合臂118、120的图解。滑轮410固定至臂118,臂118的端部可旋转地固定至处理装置100的外壁,以将气体(例如,前驱体)输送至IMA 114,并且将过量气体和副产物从IMA 114排出。滑轮410的旋转引起臂118的旋转,进而引起滑轮418的旋转。滑轮418被固定至臂120,因此,滑轮418通过缆绳430的旋转引起臂120相对于臂118旋转。滑轮414固定至IMA 114。缆绳434的运动引起滑轮414以一定角度旋转,该角度将由IMA 114的线性运动引起。
马达402驱动位于臂118的固定端部处的滑轮410。马达402可以连接至滑轮410以直接使滑轮410旋转,或者经由在马达402与滑轮410之间的齿轮、滑轮或其他动力传动部件使滑轮410旋转。
在一个实施方式中,马达402的旋转和IMA 114的线性马达的运动被共同控制器(未图示)操纵。该控制器发送出信号,以便以同步的方式操纵马达402和线性马达。
在图4A和4B中,滑轮410和414沿相同的方向旋转,而滑轮418则沿相反的方向旋转。如图4A所示,当IMA 114向右移动时,滑轮410和414沿顺时针方向旋转,而滑轮418则沿逆时针方向旋转,以与IMA 114的运动同步。相反地,当IMA 114向左移动时,滑轮410和414沿逆时针方向旋转,而滑轮418则沿顺时针方向旋转,以与IMA 114的运动同步。滑轮410、414、418的转速和方向被控制,使得IMA 114的线性速度与滑轮414的轴线438的线性速度相一致。
臂118、120可能包括各种可能增加其重量的部件。因此,如果臂118、120由于IMA 114的线性运动而被动地移动,这些臂118、120的铰链可能会经受过大的力和/或力矩。相比于通过IMA 114的线性运动来驱动臂118、120的运动的情况,通过利用与IMA 114的运动相分离的机构使臂118、120旋转和移动,能够使臂118、120的铰链经受减小的力矩和/或力。与铰链相关联的减小的力矩和/或力使得臂118、120和它们的铰链能够具有更长的寿命。
在其他实施方式中,包括但不限于齿轮或轴的其他机构可以用于代替滑轮和缆绳来使臂118、120旋转。
图5A和5B是根据一个实施方式的图示过量气体经由联合臂118A、120A从IMA 114排出的图解。铁磁流体密封件的外圆筒部件可以起到滑轮的作用。即,滑轮410、414、418可以由铁磁流体密封件514的外圆筒部件形成。替代性地,每个滑轮(未图示)均可以附接在铁磁流体密封件514的外圆筒部件的端部处。臂118A、120A包括管道530,管道530用于将经由形成在IMA 114中的排气腔236接收到的过量气体排出。该过量气体经由通口518和由管道530形成的路径从IMA 114中排出,其中,管道530延伸穿过臂120A、铰链532(用于连接臂118A、120A)和臂118A。IMA 114形成有通道510,以将经由排气腔236接收到的过量气体传送至管道530。
铰链524设置在外部通口(未图示)和臂118A之间,以使臂118A能够相对于外部通口旋转。该外部通口连接到排出机构的管道。铰链532放置在两个臂118A、120A之间,以实现臂118A、120A之间的相对旋转。铰链526放置在臂120A和IMA 114之间,以使臂120A能够相对于IMA 114旋转。铁磁流体密封件514可以设置为围绕铰链524、526、532,使得行进通过这些铰链的过量气体在臂118A、120A旋转和游动时不会泄漏到臂118A、120A的外面。
在一个实施方式中,管路或管道530可以安装在路径中,以避免气体的泄漏,即使是在臂118A、120A或铰链524、526、532发生断裂或裂纹的时候。
图6A和6B是根据一个实施方式的图示气体经由联合臂118B、120B喷射到IMA 114中的图解。联合臂118B、120B具有与联合臂118A、120A相同的结构,如上文参照图5A和5B所描述的。联合臂118B、120B在如下方面中类似于联合臂118A、120A,即,由联合臂118B、120B中的管道630形成的路径用于将气体喷射到IMA 114中,由围绕管道630的管道626形成的另一路径用于将过量气体从IMA114中排出。
在IMA 114中形成有通道610,以将喷射进入IMA 114的气体传送至室232。该气体填充室232,进而被喷射到基板214上。臂118B和120B以与臂118A、120A相同的方式通过铰链624、626、632连接,如上文参照图5A和5B所描述的。铁磁流体密封件614设置在铰链624、626、632处,从而使气体在臂118B、120B转动和游动时不会泄漏到臂118B、120B的外面。介于臂118B、120B与铰链624、626、632之间的间隙也通过铁磁流体密封件614密封。
臂118C和120C具有与臂118A和120A相同的结构,除了这些臂118C和120C是放置在IMA 114的右端,因此,为求简洁,本文省略对它们的描述。
虽然本文所描述的实施方式涉及一个处理垂直直立的基板的处理装置,但是其他实施方式也可以处理平放在基座上或以相对于垂直位置的一个倾斜角度放置的基板。此外,虽然本文所描述的实施方式使用相同的一组臂来将两种不同类型的气体喷射到IMA中,但是其他实施方式也可以使用两组或更多组臂来喷射不同类型的气体。
在气体实施方式中,可以使用单一的一组臂来喷射和排出相同或不同的气体。出于这个目的,该组臂可以包括用于运送不同气体或用于不同流动方向的多个路径。
图7是根据一个实施方式的说明操纵IMA 114以处理基板214的过程的流程图。气体经由第一组臂(例如,臂118B、120B)中的路径(例如,由管道630形成的路径)被供应至IMA 114——步骤710。通过IMA 114将气体喷射到基板214上——步骤720。该被喷射的气体可以是源前驱体、反应物前驱体、吹扫气体或者它们的组合。由于该喷射,使得基板214可以吸附有气体分子或者基板214的表面用该气体进行处理。
然后,将在基板214暴露之后残留的过量气体经由第二组臂(例如,臂118A、120A)中的路径(例如,由管道530形成的路径)从IMA 114中排出730。过量气体可以包括由IMA 114喷射的气体或通过化学反应得到的转化后的气体。可以不使用第二组臂,而是使用用于供应气体的相同的一组臂通过利用形成在该组臂中的另一路径将过量气体排出。
使用第一驱动机构移动IMA 114——步骤740,以将基板214的不同部分暴露于所喷射的气体中。在一个实施方式中,IMA 114水平地移动。该第一驱动机构可以包括例如线性马达和延伸轴108、110。
在步骤740中移动IMA 114的同时,使用第二驱动机构使第一组臂和第二组臂旋转——步骤750。该第二驱动机构可以包括马达、滑轮和缆绳。第一和第二臂的运动与IMA 114的线性运动是同步的,使得臂的连接至IMA 114的端部通过第二驱动机构以与IMA 114相同的速度和方向移动。
在一个实施方式中,连接外部通口和IMA的一组臂包括多于两个臂。在多于两个臂中的每一个中都可以放置有滑轮,并且该滑轮通过缆绳或链条旋转,以使臂的运动相对于IMA的线性运动同步。
虽然已经在上文参照多种实施方式对本发明进行了描述,但是在本发明范围内可以做出各种改型。因此,本发明的公开内容是出于说明的目的,而不是限制本发明的范围,本发明的范围在文中的权利要求中提出。
Claims (19)
1.一种处理基板的表面或在基板上沉积材料层的方法,包括:
将气体经由形成在一组臂中的路径喷射到喷射模块组件中,所述一组臂至少包括第一臂和第二臂,所述第二臂的一端通过铰链可旋转地连接至所述第一臂的一端,所述第一臂的另一端可旋转地连接至所述喷射模块,且所述第二臂的另一端可旋转地连接至固定通口;
将所述基板的一部分暴露于由所述喷射模块组件喷射的气体中;
通过第一驱动机构移动所述喷射模块组件,以将所述基板的不同部分暴露于由所述喷射模块组件喷射的所述气体中;以及
通过第二驱动机构使所述一组臂以使得所述第一臂的另一端以与所述喷射模块组件相同的速度移动的速度旋转。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括:
将在所述基板暴露于来自所述喷射模块组件的所述气体中之后残留的过量气体经由围绕所述路径的另一路径排出。
3.根据权利要求1所述的方法,其中:
移动所述喷射模块组件包括操纵所述喷射模块组件中的线性马达;以及
使所述一组臂旋转包括操纵马达、所述一组臂中的滑轮、以及在所述滑轮之间延伸的缆绳。
4.根据权利要求1所述的方法,还包括通过铁磁流体密封件密封所述铰链和所述一组臂之间的间隙。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述气体是用于在所述基板上执行原子层沉积(ALD)的源前驱体或反应物前驱体。
6.根据权利要求1所述的方法,还包括将喷射到所述喷射模块组件中的所述气体传送至用于接收所述气体的室中,以及将所述基板经由形成在所述喷射模块组件中的通道暴露于所述气体中。
7.根据权利要求1所述的方法,还包括通过使所述气体穿过形成在所述喷射模块组件的面向所述基板的表面上的狭窄区域、用于接收所述气体的室和形成在所述喷射模块组件中的排气腔来促进去除所述基板上的所述气体的物理吸附的分子。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述狭窄区域的高度小于所述室的高度的1/3。
9.根据权利要求7所述的方法,其中,所述狭窄区域的高度小于所述室的宽度的1/3。
10.一种处理装置,包括:
喷射模块组件,所述喷射模块组件被构造成通过第一驱动机构相对于基板移动,以将气体喷射到所述基板的不同部分上,所述气体在所述喷射模块组件的面向所述基板的表面处喷射到所述基板的不同部分上;
一组臂,所述一组臂至少包括第一臂和第二臂,所述第二臂的一端通过铰链可旋转地连接至所述第一臂的一端,所述第一臂的另一端可旋转地连接至所述喷射模块,且所述第二臂的另一端可旋转地连接至固定通口,在所述一组臂中形成有路径,以将所述气体喷射到所述喷射模块组件中;以及
第二机构,所述第二机构被构造成使所述一组臂以使得所述第一臂的另一端以与所述喷射模块组件相同的速度移动的速度旋转。
11.根据权利要求10所述的装置,还包括介于所述喷射模块组件和另一固定通口之间的另一组臂,所述另一组臂形成有用于将过量气体从所述喷射模块组件排出的路径。
12.根据权利要求11所述的装置,其中,所述喷射模块组件形成有用于将所述过量气体从所述喷射模块的表面传送至所述另一组臂中的路径的通道。
13.根据权利要求10所述的装置,其中,所述第一机构包括所述喷射模块组件中的线性马达和所述线性马达在其上移动的轴,以及其中,所述第二机构包括马达、所述一组臂中的滑轮、以及在所述滑轮之间延伸的缆绳。
14.根据权利要求10所述的装置,还包括被构造成密封所述铰链和所述一组臂之间的间隙的铁磁流体密封件。
15.根据权利要求10所述的装置,其中,所述气体是用于在所述基板上执行原子层沉积(ALD)的源前驱体或反应物前驱体。
16.根据权利要求10所述的装置,其中,所述喷射模块组件形成有通道,以将喷射到所述喷射模块组件中的气体传送到被构造成用于接收所述气体的室中以及将所述基板暴露于所述气体中。
17.根据权利要求10所述的装置,其中,所述喷射模块组件的所述表面包括狭窄区域,所述狭窄区域被构造成通过使所述气体穿过所述狭窄区域来促进去除所述基板上的所述气体的物理吸附的分子,所述狭窄区域形成在所述喷射模块组件的介于用于接收所述气体的室与用于排出所述过量气体的排气腔之间的表面上。
18.根据权利要求17所述的装置,其中,所述狭窄区域的高度小于所述室的高度的1/3。
19.根据权利要求17所述的装置,其中,所述狭窄区域的高度小于所述室的宽度的1/3。
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Application publication date: 20150325 |