JP3128837B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JP3128837B2 JP3128837B2 JP03024379A JP2437991A JP3128837B2 JP 3128837 B2 JP3128837 B2 JP 3128837B2 JP 03024379 A JP03024379 A JP 03024379A JP 2437991 A JP2437991 A JP 2437991A JP 3128837 B2 JP3128837 B2 JP 3128837B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング方法
に関し、更に詳しくは、半導体装置に用いられるポリシ
リコン,ポリサイド等のシリコン系薄膜のドライエッチ
ングに係わる。
に関し、更に詳しくは、半導体装置に用いられるポリシ
リコン,ポリサイド等のシリコン系薄膜のドライエッチ
ングに係わる。
【0002】
【従来の技術】最近のこの種のポリシリコン膜,ポリサ
イド膜等のドライエッチング方法としては、例えば、1
990年応物秋講演予稿集第462頁26p−ZF−
1,同第463頁26p−ZF−2,26p−ZF−3
の夫々に記載の従来技術が知られている。
イド膜等のドライエッチング方法としては、例えば、1
990年応物秋講演予稿集第462頁26p−ZF−
1,同第463頁26p−ZF−2,26p−ZF−3
の夫々に記載の従来技術が知られている。
【0003】(1)上記26p−ZF−1記載の方法
は、タングステンポリサイドをエッチングするにあた
り、塩素(Cl2)ガスに酸素(O2)ガスを添加し、S
iO2を保護膜としつつ異方性エッチングを行なう方法
である。
は、タングステンポリサイドをエッチングするにあた
り、塩素(Cl2)ガスに酸素(O2)ガスを添加し、S
iO2を保護膜としつつ異方性エッチングを行なう方法
である。
【0004】(2)上記26p−ZF−2記載の方法
は、タングステンポリサイドをエッチングするにあた
り、保護膜形成とエッチングを交互に繰り返すタイムモ
ジュレーティッド(TM)エッチングを行なう方法であ
る。
は、タングステンポリサイドをエッチングするにあた
り、保護膜形成とエッチングを交互に繰り返すタイムモ
ジュレーティッド(TM)エッチングを行なう方法であ
る。
【0005】(3)上記26p−ZF−3記載の方法
は、タングステンポリサイドやポリシリコンをエッチン
グするにあたり、ウエハ温度を−70℃程度に冷却し、
六フッ素イオウ(SF6/)臭化水素(HBr)系ガス
を用いて異方性エッチングを行なう方法である。この方
法においては、臭素系のガスを用いているため、エッチ
ング時に生成されるSiBrXで側壁保護を行なってい
る。なお、この方法は、SiO2との選択比が高くとれ
るという利点を有している。
は、タングステンポリサイドやポリシリコンをエッチン
グするにあたり、ウエハ温度を−70℃程度に冷却し、
六フッ素イオウ(SF6/)臭化水素(HBr)系ガス
を用いて異方性エッチングを行なう方法である。この方
法においては、臭素系のガスを用いているため、エッチ
ング時に生成されるSiBrXで側壁保護を行なってい
る。なお、この方法は、SiO2との選択比が高くとれ
るという利点を有している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術にあっては、以下に説明する各種の問題点を
有している。
た従来技術にあっては、以下に説明する各種の問題点を
有している。
【0007】即ち、上記(1)記載の従来方法において
は、エッチングガスに酸素ガスを添加するため対レジス
ト選択比の低下がまぬがれないという問題がある。
は、エッチングガスに酸素ガスを添加するため対レジス
ト選択比の低下がまぬがれないという問題がある。
【0008】また、上記(2)記載の従来方法において
は、ポリマーデポジションにより保護膜形成を行なうた
め、堆積性ガス(デポガス)を用いることに起因してダ
ストの発生が起る問題がある。
は、ポリマーデポジションにより保護膜形成を行なうた
め、堆積性ガス(デポガス)を用いることに起因してダ
ストの発生が起る問題がある。
【0009】さらに、上記(3)記載の従来方法にあっ
ては、タングステンポリサイドやポリシリコンをエッチ
ングし下地が露出した後のオーバーエッチング時には、
側壁保護作用を有するSiBrXの供給が低下するた
め、図12に示すように、オーバーエッチングを行なう
ことによる形状の劣化がまぬがれないという問題があ
る。なお、図12中10はシリコン基板、11はSiO
2膜、12はポリシリコン膜、13はSiO2膜、14は
レジストを示している。
ては、タングステンポリサイドやポリシリコンをエッチ
ングし下地が露出した後のオーバーエッチング時には、
側壁保護作用を有するSiBrXの供給が低下するた
め、図12に示すように、オーバーエッチングを行なう
ことによる形状の劣化がまぬがれないという問題があ
る。なお、図12中10はシリコン基板、11はSiO
2膜、12はポリシリコン膜、13はSiO2膜、14は
レジストを示している。
【0010】本発明は、このような従来方法の諸問題に
着目して創案されたものであって、対下地選択比が大き
くとれ、パターン変換差を小さくできると共に、オーバ
ーエッチング時の形状劣化を防止して異方性加工を可能
にするドライエッチング方法を得んとするものである。
着目して創案されたものであって、対下地選択比が大き
くとれ、パターン変換差を小さくできると共に、オーバ
ーエッチング時の形状劣化を防止して異方性加工を可能
にするドライエッチング方法を得んとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、基体
上に形成されたポリシリコン膜,ポリサイド膜のドライ
エッチング方法において、前記基体上に前記ポリシリコ
ン膜,ポリサイド膜を形成する工程と、前記ポリシリコ
ン膜,ポリサイド膜上に耐エッチング性を有するストッ
パ膜をパターニングする工程と、前記ポリシリコン膜,
ポリサイド膜をエッチングし、前記基体が露出した時点
で酸素プラズマ処理を行なった後、前記ストッパ膜をマ
スクとしてオーバーエッチングを行う工程と、を備える
ことを、その解決方法としている。
上に形成されたポリシリコン膜,ポリサイド膜のドライ
エッチング方法において、前記基体上に前記ポリシリコ
ン膜,ポリサイド膜を形成する工程と、前記ポリシリコ
ン膜,ポリサイド膜上に耐エッチング性を有するストッ
パ膜をパターニングする工程と、前記ポリシリコン膜,
ポリサイド膜をエッチングし、前記基体が露出した時点
で酸素プラズマ処理を行なった後、前記ストッパ膜をマ
スクとしてオーバーエッチングを行う工程と、を備える
ことを、その解決方法としている。
【0012】
【作用】ポリシリコン膜やポリサイド膜がエッチングさ
れて下地基体が露出した時点で、酸素プラズマ処理を施
すことにより、前記エッチングのマスクとしてのレジス
トを完全に除去され、ストッパ膜が露出する。このよう
にして反応系中から炭素源(レジスト)が無くなるた
め、次工程のオーバーエッチングにおいて、レジストを
マスクとして用いたときに比べ選択比を高くとることが
可能となる。また、酸素プラズマ処理を行なうことによ
り、ポリシリコン膜又はポリサイド膜のエッチングされ
た側壁に酸化シリコン膜が形成され、この酸化シリコン
膜が後に行なうオーバーエッチングにおける形状の劣化
を阻止する作用を有する。
れて下地基体が露出した時点で、酸素プラズマ処理を施
すことにより、前記エッチングのマスクとしてのレジス
トを完全に除去され、ストッパ膜が露出する。このよう
にして反応系中から炭素源(レジスト)が無くなるた
め、次工程のオーバーエッチングにおいて、レジストを
マスクとして用いたときに比べ選択比を高くとることが
可能となる。また、酸素プラズマ処理を行なうことによ
り、ポリシリコン膜又はポリサイド膜のエッチングされ
た側壁に酸化シリコン膜が形成され、この酸化シリコン
膜が後に行なうオーバーエッチングにおける形状の劣化
を阻止する作用を有する。
【0013】
【実施例】以下、本発明に係るドライエッチング方法の
詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。
詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。
【0014】(第1実施例)図1〜図4は、本発明に係
るドライエッチング方法の第1実施例を示している。
るドライエッチング方法の第1実施例を示している。
【0015】先ず、図1に示すように基体としてのシリ
コン基板10表面にゲート酸化膜としてのSiO2膜1
1を形成する。次に、そのSiO2膜11上にゲート電
極となるリン(P)がドープされたポリシリコン膜(以
下n+−PolySi膜と称する)12及び、オーバー
エッチング時にマスクとなる耐エッチング性を有する酸
化膜13を例えばCVD法により順次形成する。
コン基板10表面にゲート酸化膜としてのSiO2膜1
1を形成する。次に、そのSiO2膜11上にゲート電
極となるリン(P)がドープされたポリシリコン膜(以
下n+−PolySi膜と称する)12及び、オーバー
エッチング時にマスクとなる耐エッチング性を有する酸
化膜13を例えばCVD法により順次形成する。
【0016】次に、酸化膜13上に別途レジスト14を
用いてパターニングを行なう。このパターニングされた
レジスト14をマスクとしてゲート電極となるn+−P
olySi膜12をエッチングし、加工を行なうもので
ある。
用いてパターニングを行なう。このパターニングされた
レジスト14をマスクとしてゲート電極となるn+−P
olySi膜12をエッチングし、加工を行なうもので
ある。
【0017】このエッチングには、RFバイアス印加型
のECRエッチャーを用いた。まず、図2に示すよう
に、オーバーエッチング時のマスクとなる酸化膜13
を、反応ガスとしてCHF3ガスと酸素を50SCCM対2
SCCMの流量比で用い、また圧力として10mtorr、
μ波出力を300mA、RFバイアス(2MHz)30
Wに設定してエッチングを行なった。
のECRエッチャーを用いた。まず、図2に示すよう
に、オーバーエッチング時のマスクとなる酸化膜13
を、反応ガスとしてCHF3ガスと酸素を50SCCM対2
SCCMの流量比で用い、また圧力として10mtorr、
μ波出力を300mA、RFバイアス(2MHz)30
Wに設定してエッチングを行なった。
【0018】次に、図3に示すように、レジスト14及
び酸化膜13をマスクとしてn+−PolySi膜12
のエッチングを行なう。このエッチングには、臭化水素
(HBr)ガスを50SCCMの流量で用い、圧力として1
0mtorr、μ波出力=300mA、RFバイアス
(2MHz)20Wに設定し、下地であるSiO2膜1
1が露出するまでエッチングする。この時、オーバーエ
ッチングの為、更にエッチングを行なうと側壁保護に寄
与するSiBrXがエッチング面より発生しないので、
上記した図12に示すようにn+−PolySi膜12
にアンダーカットが発生するという問題点が生じる。
び酸化膜13をマスクとしてn+−PolySi膜12
のエッチングを行なう。このエッチングには、臭化水素
(HBr)ガスを50SCCMの流量で用い、圧力として1
0mtorr、μ波出力=300mA、RFバイアス
(2MHz)20Wに設定し、下地であるSiO2膜1
1が露出するまでエッチングする。この時、オーバーエ
ッチングの為、更にエッチングを行なうと側壁保護に寄
与するSiBrXがエッチング面より発生しないので、
上記した図12に示すようにn+−PolySi膜12
にアンダーカットが発生するという問題点が生じる。
【0019】そこで、本実施例では、下地のSiO2膜
11が露出した時点で、酸素(O2)を100SCCM、圧
力として20mtorr、μ波出力を300mA、RF
バイアス(2MHz)0Wに設定して酸素プラズマ処理
を行なう(図4)。この時、マスクであるレジスト14
が完全に除去されるまで処理することが望ましい。
11が露出した時点で、酸素(O2)を100SCCM、圧
力として20mtorr、μ波出力を300mA、RF
バイアス(2MHz)0Wに設定して酸素プラズマ処理
を行なう(図4)。この時、マスクであるレジスト14
が完全に除去されるまで処理することが望ましい。
【0020】図5及び図6に示すように、この処理によ
り、n+−PolySi膜12の側壁に保護膜として形
成されているSiBrXがSiOXになると共に、側壁も
酸化されSiO2となる。
り、n+−PolySi膜12の側壁に保護膜として形
成されているSiBrXがSiOXになると共に、側壁も
酸化されSiO2となる。
【0021】なお、Si−Oの結合エネルギーは192
Kcal/molであり、Si−Brの結合エネルギー
は70Kcal/molである。このため、Si−Br
結合は、酸素プラズマ処理を施すことにより、Si−O
結合に変化し易くなっている。即ち、結合エネルギーの
変化を式で表わすと、Si−Br+1/2O2→Si−
O+1/2Br2−122Kcal/molであり、S
iBr4がSiO2に変化する生成エネルギーを式で表わ
すと、SiBr4+O2→SiO2+2Br(ΔHf=−
111KJ/mol)となり、共に発熱反応であるた
め、自発的に反応は進行する。
Kcal/molであり、Si−Brの結合エネルギー
は70Kcal/molである。このため、Si−Br
結合は、酸素プラズマ処理を施すことにより、Si−O
結合に変化し易くなっている。即ち、結合エネルギーの
変化を式で表わすと、Si−Br+1/2O2→Si−
O+1/2Br2−122Kcal/molであり、S
iBr4がSiO2に変化する生成エネルギーを式で表わ
すと、SiBr4+O2→SiO2+2Br(ΔHf=−
111KJ/mol)となり、共に発熱反応であるた
め、自発的に反応は進行する。
【0022】斯る酸素プラズマ処理を施した後、上記エ
ッチングと同一条件で図4に示す状態でオーバーエッチ
ングを行なう。なお、パターン側壁は、上記したよう
に、SiOXになっているため、エッチングは進行しな
いが、エッチング面にはイオンの入射があり、エッチン
グ残りの除去が可能となる。また、このオーバーエッチ
ングの際には、レジスト14は除去されており、反応系
中には、炭素(C)が無いため、レジストをマスクとし
て用いるのに比べ選択比を高くとれる利点がある。
ッチングと同一条件で図4に示す状態でオーバーエッチ
ングを行なう。なお、パターン側壁は、上記したよう
に、SiOXになっているため、エッチングは進行しな
いが、エッチング面にはイオンの入射があり、エッチン
グ残りの除去が可能となる。また、このオーバーエッチ
ングの際には、レジスト14は除去されており、反応系
中には、炭素(C)が無いため、レジストをマスクとし
て用いるのに比べ選択比を高くとれる利点がある。
【0023】(第2実施例)図7〜図11は、本発明の
第2実施例を示している。本実施例は、シリコン基板1
0の上に段差があり、段差のある酸化膜20上の材料を
エッチングする場合で、その材料のポリサイド膜22
(12,21)の場合に、本発明を適用した例である。
段差のある酸化膜20上にn+−PolySi膜12、
及びタングステンシリサイド(以下WSiX)膜21を
順次形成してポリサイド膜22とし、その上に第1実施
例と同様に酸化膜13及びレジスト14を順次形成す
る。
第2実施例を示している。本実施例は、シリコン基板1
0の上に段差があり、段差のある酸化膜20上の材料を
エッチングする場合で、その材料のポリサイド膜22
(12,21)の場合に、本発明を適用した例である。
段差のある酸化膜20上にn+−PolySi膜12、
及びタングステンシリサイド(以下WSiX)膜21を
順次形成してポリサイド膜22とし、その上に第1実施
例と同様に酸化膜13及びレジスト14を順次形成す
る。
【0024】まず、第1実施例と同じく、オーバーエッ
チング時のマスクとなる酸化膜13をエッチングする
(図8)。
チング時のマスクとなる酸化膜13をエッチングする
(図8)。
【0025】次に、レジスト14,酸化膜13をマスク
としてポリサイド膜22(12,21)をエッチングす
るわけであるが、このエッチングにはSF6ガスとHB
rガスを5SCCM対30SCCMの流量比で用い、また、圧力
を10mtorr、μ波出力を300mA、ウエハ基板
温度を−70℃に設定した。
としてポリサイド膜22(12,21)をエッチングす
るわけであるが、このエッチングにはSF6ガスとHB
rガスを5SCCM対30SCCMの流量比で用い、また、圧力
を10mtorr、μ波出力を300mA、ウエハ基板
温度を−70℃に設定した。
【0026】次に、図9に示すように、下地である酸化
膜20が一部露出した時点で、第1実施例で示したよう
に酸素ガスのプラズマ処理により、レジスト14を除去
する。
膜20が一部露出した時点で、第1実施例で示したよう
に酸素ガスのプラズマ処理により、レジスト14を除去
する。
【0027】この時、段差の一部にn+−PolySi
膜12のエッチング残り12aを生じ、その表面もポリ
サイドの側壁同様酸化されている。従って、単にHBr
ガスのみで追加エッチングを行なっても除去困難であ
る。そこで、下記のa),b)の条件で段階的なエッチ
ングを行なう。
膜12のエッチング残り12aを生じ、その表面もポリ
サイドの側壁同様酸化されている。従って、単にHBr
ガスのみで追加エッチングを行なっても除去困難であ
る。そこで、下記のa),b)の条件で段階的なエッチ
ングを行なう。
【0028】a)SF6/HBr=2/50SCCM、10
mtorr、μ波=300W、RFバイアス=20W b)HBr=50SCCM、10mtorr、μ波=300
W、RFバイアス=20W 即ち、SF6を含むガス系でエッチング残り12a上の
酸化膜を除去した後、 b)の条件でオーバーエッチングを行なうことにより異
方性を維持し、かつ、下地との選択比を大きく保った状
態でのエッチング残り12aの除去が可能となる。
mtorr、μ波=300W、RFバイアス=20W b)HBr=50SCCM、10mtorr、μ波=300
W、RFバイアス=20W 即ち、SF6を含むガス系でエッチング残り12a上の
酸化膜を除去した後、 b)の条件でオーバーエッチングを行なうことにより異
方性を維持し、かつ、下地との選択比を大きく保った状
態でのエッチング残り12aの除去が可能となる。
【0029】以上、両実施例について説明したが、本発
明は、これに限らず各種の設計変更が可能である。
明は、これに限らず各種の設計変更が可能である。
【0030】例えば上記第1及び第2実施例にあって
は、HBrガス単独又はHBrガスとSF6ガスの混合
ガスを用いたが、この他HBrガスの代りとしてB
r2,BBr3,CBr3Hガスを用い、SF6ガスの代り
として、NF3,CF4ガス等を用いても同様な効果が得
られる。
は、HBrガス単独又はHBrガスとSF6ガスの混合
ガスを用いたが、この他HBrガスの代りとしてB
r2,BBr3,CBr3Hガスを用い、SF6ガスの代り
として、NF3,CF4ガス等を用いても同様な効果が得
られる。
【0031】また、レジスト下部に形成した絶縁膜とし
て、上記実施例においてCVD法によるSiO2を用い
たが、これ以外にPSG,BPSG,AsSG,SiN
等を用いることも可能である。また、膜厚を最適化する
ことで、上部のレジストパターニングの際の反射の影響
も低減することも可能となる。
て、上記実施例においてCVD法によるSiO2を用い
たが、これ以外にPSG,BPSG,AsSG,SiN
等を用いることも可能である。また、膜厚を最適化する
ことで、上部のレジストパターニングの際の反射の影響
も低減することも可能となる。
【0032】さらに、レジスト除去には実施例のO2ガ
ス以外、O2+N2,O2+NH3,O2+H2O系の混合ガ
スを用いることも可能である。また、レジスト除去の前
に、ウエハ表面に吸着しているガス種(Br系)又は反
応生成物(SiBrX)等を除去し易くする様100〜
300℃に加熱することも適用可能である。
ス以外、O2+N2,O2+NH3,O2+H2O系の混合ガ
スを用いることも可能である。また、レジスト除去の前
に、ウエハ表面に吸着しているガス種(Br系)又は反
応生成物(SiBrX)等を除去し易くする様100〜
300℃に加熱することも適用可能である。
【0033】さらにまた、上記実施例において、エッチ
ング残り12aの酸化膜層を除去する方法として、反応
ガスの選定を行なったが、イオンエネルギーを増大させ
るRFバイアスを一時的に高くする等の方法で酸化膜を
除去することも適用可能である。
ング残り12aの酸化膜層を除去する方法として、反応
ガスの選定を行なったが、イオンエネルギーを増大させ
るRFバイアスを一時的に高くする等の方法で酸化膜を
除去することも適用可能である。
【0034】
【発明の効果】以上の説明から明らかあように、堆積性
ガスを用いることなく、対下地選択比を高くとりつつポ
リシリコン、ポリサイドの異方性加工が可能となる。
ガスを用いることなく、対下地選択比を高くとりつつポ
リシリコン、ポリサイドの異方性加工が可能となる。
【0035】特にオーバーエッチング時には、ポリシリ
コン、ポリシリコンの側壁は安定な酸化膜となってお
り、また、レジストをあらかじめ除去し反応系より炭素
を除外している為、高選択比でオーバーエッチングが可
能となる効果がある。
コン、ポリシリコンの側壁は安定な酸化膜となってお
り、また、レジストをあらかじめ除去し反応系より炭素
を除外している為、高選択比でオーバーエッチングが可
能となる効果がある。
【図1】第1実施例の工程図。
【図2】第1実施例の工程図。
【図3】第1実施例の工程図。
【図4】第1実施例の工程図。
【図5】第1実施例においてエッチングにより下地が露
出した時点での側壁の状態を示す断面説明図。
出した時点での側壁の状態を示す断面説明図。
【図6】第1実施例において酸素プラズマ処理を施した
ときの側壁の状態を示す断面図。
ときの側壁の状態を示す断面図。
【図7】第2実施例の工程図。
【図8】第2実施例の工程図。
【図9】第2実施例の工程図。
【図10】第2実施例の工程図。
【図11】第2実施例の工程図。
【図12】従来のオーバーエッチングを施した状態を示
す断面図。
す断面図。
11…SiO2膜、12…ポリシリコン膜、13…酸化
膜、14…レジスト、21…タングステンシリサイド
膜、22…ポリサイド膜。
膜、14…レジスト、21…タングステンシリサイド
膜、22…ポリサイド膜。
Claims (2)
- 【請求項1】 基体上に形成されたポリシリコン膜のド
ライエッチング方法において、 前記基体上に前記ポリシリコン膜を形成する工程と、 前記ポリシリコン膜上に耐エッチング性を有するストッ
パ膜をパターニングする工程と、 前記ポリシリコン膜をエッチングし、前記基体が露出し
た時点で酸素プラズマ処理を行なった後、前記ストッパ
膜をマスクとしてオーバーエッチングを行う工程と、を
備えることを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項2】 基体上に形成されたポリサイド膜のドラ
イエッチング方法において、 前記基体上に前記ポリサイド膜を形成する工程と、 前記ポリサイド膜上に耐エッチング性を有するストッパ
膜をパターニングする工程と、 前記ポリシリコン膜をエッチングし、前記基体が露出し
た時点で酸素プラズマ処理を行なった後、前記ストッパ
膜をマスクとしてオーバーエッチングを行う工程と、を
備えることを特徴とするドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03024379A JP3128837B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03024379A JP3128837B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04263424A JPH04263424A (ja) | 1992-09-18 |
JP3128837B2 true JP3128837B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=12136556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03024379A Expired - Fee Related JP3128837B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3128837B2 (ja) |
-
1991
- 1991-02-19 JP JP03024379A patent/JP3128837B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04263424A (ja) | 1992-09-18 |
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