KR101120528B1 - 홈이 형성된 연마 패드와 연마 방법 - Google Patents

Abstract

웨이퍼(112, 516) 혹은 기타 다른 대상을 연마하기 위한 연마 패드(104, 300, 400, 500). 이 연마 패드는, 연마 대상의 피연마면(116)의 크기와 사용될 연마기(100) 종류의 함수인 형상과 위치를 갖는 제 1, 2 경계((168, 172)(312, 316)(412, 416)(508, 512))에 의해 한정되는 연마 지역(164, 320, 420, 504)을 갖는 연마층(108)을 포함한다. 이 연마 지역은, 해당 구역에서 하나 이상의 웨이퍼의 속도 벡터(V1~V4)(V1 ^, ~V4 ^, )(V1 ^,, ~V4 ^,, )(V1 ^,,, ~V4 ^,,, )를 기초로 하여 선택된 방향을 갖는 해당 홈들을 각각 포함하는 다수의 구역(Z1~Z3)(Z1 ^, ~Z3 ^, )(Z1 ^,, ~Z3 ^,, )(Z1 ^,,, ~Z3 ^,,, )을 갖는다.

연마기, 연마 패드, 연마층, 웨이퍼, 기판, 슬러리

Description

홈이 형성된 연마 패드와 연마 방법{Grooved Polishing Pad and Method}

도 1은, 웨이퍼와 원형 홈 패턴을 가진 선행 기술상의 연마 패드 사이의 간격에서의 혼합 웨이크 형성을 나타내는 일부 평면도/일부 플롯(plot).

도 2는, 본 발명에 대해 사용하기 적절한 이중회전축 연마기의 일부를 나타낸 입체도.

도 3a는, 본 발명의 회전 연마 패드를 나타낸 평면도.

도 3b는, 본 발명의 대안적인 회전 연마 패드를 나타낸 평면도.

도 3c는, 본 발명의 또 다른 대안적인 회전 연마 패드를 나타낸 평면도.

도 4는, 본 발명의 벨트형(belt-type) 연마 패드를 나타낸 일부 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 연마기 104 : 연마 패드

108 : 연마층 112 : 반도체 웨이퍼

116 : 피연마면 120 : 슬러리

본 발명은 일반적으로 연마공정 분야에 관한 것이다. 특히 본 발명은, 홈(groove)에서 슬러리 혼합 웨이크(slurry mixing wake)를 감소시키기 위한 홈 패턴(groove pattern)을 가진 연마 패드에 관한 것이다.

집적 회로와 기타 다른 전자 장치를 가공하는데 있어서, 도체, 반도체 그리고 부도체 물질의 다중 층은, 반도체 웨이퍼 표면에 침착되거나 표면에 에칭된다. 도체, 반도체 그리고 부도체 물질의 얇은 층들은, 다수의 침착 기술에 의해 침착된다. 현제 웨이퍼 처리에 있어서 통상적인 침착법은, 스퍼터링으로 알려져 있는 물리적 증착법(PVD), 화학적 증착법(CVD), 플라스마 화학증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD)과 전기화학적 도금을 포함한다. 통상적인 에칭 기술은, 습식과 건식, 등방성과 이방성 에칭을 포함한다.

소재의 층이 계속해서 침착되고 에칭되면서, 웨이퍼의 가장 상층 표면은 비평면화(non-planar)된다. 그후의 반도체 공정(즉, 사진식각술)은 웨이퍼가 평탄면을 가질 것을 요구하기 때문에, 웨이퍼는 평탄화될 필요가 있다. 평탄화(planarization)는, 거친 표면, 응집물, 결정격자 손상(crystal lattice damage), 스크래치(scratch)와 오염 층이나 오염 물질 등과 같은 표면 결함뿐만 아니라 의도하지 않은 표면 기복(topography)을 제거하는데 유용하다.

화학기계적 평탄화, 혹은 화학기계적 연마(CMP)는, 반도체 웨이퍼와 같은 소재를 평탄화하는데 사용되는 통상적인 기술이다. 이중회전축 연마기(dual-axis rotary polisher)를 이용하는 전통적인 화학기계적 연마법에서, 웨이퍼 케리어 혹은 연마 헤드는 케리어 어셈블리(assembly)에 설치된다. 연마 헤드는 웨이퍼를 고정하고, 연마기 내부에서 연마 패드의 연마층에 접촉할 위치로 웨이퍼를 이동시킨 다. 연마 패드는, 평탄화될 웨이퍼의 직경보다 두 배정도 큰 직경을 갖는다. 연마공정 동안, 연마 패드와 웨이퍼 각각은, 웨이퍼가 연마층과 접해있는 동안에 자신의 회전 중심점 주위로 회전한다. 웨이퍼의 회전축은, 연마 패드의 회전이 패드의 연마층에서 고리형태의 "웨이퍼 트랙(wafer track)"을 쓸고 지나가도록, 연마 패드의 회전축에 대해 웨이퍼의 반경보다 더 큰 거리로 이격(offset) 되어 있다. 웨이퍼의 유일한 운동이 회전일 때, 웨이퍼 트랙의 폭은 웨이퍼의 직경과 동일하다. 그러나, 어떤 이중회전축 연마기에서, 웨이퍼는 그 회전축에 수직한 평면 상에서 진동된다. 이러한 경우에, 웨이퍼 트랙의 폭은 웨이퍼의 직경보다 진동으로 인한 변위가 발생하는 양만큼 더 넓어지게 된다. 케리어 어셈블리는 웨이퍼와 연마 패드 사이의 제어가능한 압력을 제공한다. 연마공정 동안, 슬러리 혹은 기타 연마 매체는, 연마 패드 위로 흘러내려와 웨이퍼와 연마층 사이의 틈새에 유입된다. 웨이퍼 표면은, 연마층과 슬러리의 화학적 그리고 기계적 작용에 의해 그 표면에서 연마되고 평탄화된다.

화학기계적 연마공정 동안, 연마층과 연마 슬러리 그리고 웨이퍼 표면 사이의 상호작용은 연마 패드 설계를 최적화하려는 노력으로 연구되고 있다. 수 년동안에 걸친 연마 패드 개발의 대부분은 사실상 경험주의적이었다. 연마면 혹은 연마층 설계의 다수는, 슬러리 이용과 연마의 일관성을 강화하도록 요구되는 다양한 공극의 패턴과 홈의 네트워크를 가진 연마층을 제공하는데 초점이 맞쳐져왔다. 수 년간에 걸쳐, 상당히 많은 서로 다른 홈과 공극의 패턴과 구성이 보완되었다. 이 홈 패턴은, 방사형, 동심원형, 직교좌표 격자형과 나선형을 포함한다. 또한, 이 홈의 구 성은, 그 구성상에 있어서 모든 홈의 폭과 깊이는 모든 홈 사이에서 일정한 구성과, 홈의 폭과 깊이가 서로 달라지는 구성을 포함한다.

회전형 화학기계적 연마 패드의 일부 설계자들은, 패드 중심으로부터 하나 이상의 반경 거리에 기초하여, 한 구성으로부터 다른 구성으로 변화하는 둘 이상의 홈 구성을 포함하는 홈의 구성을 가진 패드를 설계해왔다. 이 패드들은, 연마의 일관성과 슬러리 이용이라는 관점에서 보다 우월한 성능을 제공하는 것으로서 추천된다. 예를 들면, 미국 특허 제 6,520,847호에서, 오스터헬드(Osterheld) 등은, 세 개의 고리형태의 동일한 중심을 갖는 지역을 가진, 그리고 그 각각은 그 구성에 있어서 나머지 두 지역과는 서로 다른 홈 구성을 갖게되는 여러 패드를 공개한다. 그 구성은 서로 다른 실시예에서 서로 다른 방식으로 변화한다. 그 구성이 변화하는 방법은, 홈의 개수, 단면적 그리고 홈의 간격과 형태 상의 변화를 포함한다.

패드 설계자들이 지금까지, 하나 이상의 연마층의 서로다른 지역에서 서로 상이한 홈 구성들을 포함하는 화학기계적 연마 패드를 설계해왔지만, 이 설계들은 홈에서 발생하는 혼합 웨이크에 미치는 홈구성의 효과를 직접적으로 고려하지는 않는다. 도 1은, 웨이퍼(도시되지 않음)와 원형 홈(22)을 가진 전통적인 회전 연마 패드(18) 간의 틈새(원형 지역 14로 표현됨) 내부에서 연마공정 동안 어떤 한 순간에 새로운 슬러리와 구 슬러리의 비율에 대한 플롯(10)을 도시한다. 상기와 같은 세부적 기술을 위해, "새로운 슬러리"는 연마 패드(18)의 회전 방향으로 이동중인 슬러리로 간주되고, "구 슬러리"는 이미 연마공정에 참가한 그리고 웨이퍼의 회전에 의해서 상기 틈새 내부에서 유지되고 있는 슬러리로 간주된다.

플롯(10)에서, 연마 패드(18)가 화살표 방향(34)으로 회전되고 웨이퍼는 화살표 방향(38)으로 회전되는 그 순간에, 새로운 슬러리 지역(26)은 본질적으로 새로운 슬러리만을 가지고 있고, 구 슬러리 지역(30)은 본질적으로 구 슬러리만을 가지게된다. 새로운 슬러리와 구 슬러리가 서로 혼합되어 있는 혼합 지역(42)은, 새로운 슬러리지역(26)과 구 슬러리지역(30) 간의 집중 구배(concentration gradient)(지역 42로 표현됨)를 만드는 방식으로 형성된다. 전산 유체 역학 시뮬레이션(computational fluid dynamics simulation)은, 웨이퍼의 회전으로 인해서 웨이퍼에 인접한 슬러리는 즉시 패드의 회전방향(34)외의 다른 방향으로 힘을 받을 수 있고, 반면에 웨이퍼로부터 다소 제거된 슬러리는 연마 패드(18)의 표면위 "요철부위(asperities)" 혹은 거친 요소 사이에서 유지되고, 화살표 방향(34)외의 다른 방향으로 힘을 받는 것에 대해서는 보다 강하게 저항하는 것을 보여준다. 웨이퍼 회전의 효과는, 홈에 있는 슬러리는 표면의 요철부위 사이에서 잘 유지되지 않고 원형 홈(22)의 길이 방향을 따라 웨이퍼의 회전에 의해 쉽게 밀려나기 때문에, 홈이 웨이퍼의 회전 방향(38)에 대해서 작은 각을 이루고 있는 위치의 원형 홈(22)에서 가장 잘 나타나게 된다. 슬러리는 단지 홈의 폭을 따라서 밀려날 수 있고 그렇지 않으면 홈 내부에 갇히기 때문에, 홈이 웨이퍼의 회전 방향(38)에 가로지르는 위치에 있는 원형 홈(22)에서는 웨이퍼 회전의 효과가 작게 나타난다.

도시된 혼합 웨이크(46)와 유사한 혼합 웨이크가, 상기 언급한 홈 패턴과 같은 원형 패턴이외의 홈 패턴에서 발생한다. 도 1의 원형 홈을 가진 패드(18)과 같 이 상기 대안적인 홈 패턴의 각각에서, 혼합 웨이크는, 웨이퍼의 회전 방향이 패드의 홈과 혹은 홈의 일부와 가장 잘 정렬되는 지역에서 가장 잘 나타난다. 혼합 웨이크는, 비균일 연마와 증가된 결함 등과 같은 여러 이유 때문에 연마공정에 유해할 수 있다. 결과적으로, 혼합 웨이크의 발생과 혼합 웨이크가 연마공정에 끼치는 영향에 대한 교려를 기초로하여, 최소한 부분적으로 최적화된 화학기계적 연마 패드 설계에 대한 요구가 있게 된다.

본 발명의 한 양상에 있어서, 자기, 광학 그리고 반도체 기판 중에 최소한 하나를 연마하기에 적절한 연마 패드는, (a)연마 패드 상의 제 1 점의 궤적(trajectory)에 의해 한정되는 제 1 경계와, 연마 패드상의 제 2 점의 궤적에 의해 한정되는 제 2 경계에 의해 한정되는 연마 지역을 갖고, 여기서 제 2 경계는 제 1경계와 이격되어 있는 연마층과, (b)최소한 부분적으로는 제 1 경계에 가까운 연마 지역내에서 포함되고, 제 1 경계와 교차점에서 45°에서 135°의 각도를 이루게 되는 다수의 제 1 대각도 홈(large-angle groove)과, (c)최소한 부분적으로는 제 2 경계에 가까운 지역에 포함되고, 제 2 경계와 교차점에서 45°에서 135°의 각도를 이루게 되는 다수의 제 2 대각도 홈과, (d)연마지역에 포함되고, 다수의 제 1 대각도 홈과 다수의 제 2 대각도 홈의 사이에 위치해 있으며, 제 1 경계와 제 2 경계의 궤적에 대해 -30°에서 30°의 각도를 이루게 되는 최소한 하나의 소각도 홈(small-angle groove)으로 구성된다.

본 발명의 또 다른 양상에 있어서, 자기, 광학 그리고 반도체 기판을 연마하 는 방법은, 연마 패드와 연마 매체로 기판을 연마하는 단계로 구성되는데, 여기서 연마 패드는 (a)연마 패드 상의 제 1 점의 궤적에 의해 한정되는 제 1 경계와, 연마 패드상의 제 2 점의 궤적에 의해 한정되는 제 2 경계에 의해 한정되는 연마 지역을 갖고, 여기서 제 2 경계는 제 1경계와 이격되어 있는 연마층과, (b)최소한 부분적으로는 제 1 경계에 가까운 연마 지역내에서 포함되고, 제 1 경계와 교차점에서 45°에서 135°의 각도를 이루게 되는 다수의 제 1 대각도 홈과, (c)최소한 부분적으로는 제 2 경계에 가까운 지역에 포함되고, 제 2 경계와 교차점에서 45°에서 135°의 각도를 이루게 되는 다수의 제 2 대각도 홈과, (d)연마지역에 포함되고, 다수의 제 1 대각도 홈과 다수의 제 2 대각도 홈의 사이에 위치해 있으며, 제 1 경계와 제 2 경계의 궤적에 대해 -30°에서 30°의 각도를 이루게 되는 최소한 하나의 소각도 홈으로 구성된다.

다시 도 2에 관하여, 도 2는 본 발명에 대해 사용하기 적절한 이중회전축 화학기계적 연마기(100)의 주요한 특징에 관해 대략적으로 도시하고 있다. 슬러리(120) 혹은 기타 다른 연마 매체를 이용해 소재의 피연마면(116)에 대한 연마를 수행하기 위해, 연마기(100)는 일반적으로, 반도체 웨이퍼(112)(가공되었거나 혹은 미가공된), 유리와 평판 디스플레이를 포함하는 광학기판, 니켈 디스크(nickel disk)를 포함하는 자기적 정보를 저정하기 위한 기판 등을 포함하는 반도체 기판과 같은 대상에 접하기 위한 연마층(108)을 가진 연마 패드(104)를 포함한다. 편의를 위해, "웨이퍼"와 "슬러리"라는 용어가 아래에서 일반적인 의미와 함께 사용된다. 게다가, 청구항을 포함하여 본 발명의 명세서에 사용된 바와 같이, "연마 매체"와 "슬러리"라는 용어는 입자 함유(particle-containing) 연마제와, 연마제 불포함(abrasive-free) 연마제와 반응액(reactive-liquid) 연마제와 같은 입자 미함유(non-particle-containing) 연마제를 포함한다.

이하 상세히 논의되는 바와 같이, 본 발명은, 혼합 웨이크의 형성을 억제하거나 혹은 연마공정 동안 웨이퍼(112)와 연마 패드(104)사이의 틈새에서 발생하는 혼합 웨이크의 크기를 감소시키는 홈 배열(즉, 도 3a의 홈 배열(114))을 가진 연마 패드(104)를 제공하는 것을 포함한다. 상기 배경 기술에서 언급된 바와 같이, 혼합 웨이크는, 새로운 슬러리가 구 슬러리를 대체하는 간격에서 발생하고, 웨이퍼(112)의 회전 방향이 연마 패드(104)의 홈 또는 홈의 일부분과 가장 잘 정렬되는 지역에서 가장 잘 나타나게 된다.

연마기(100)는, 그위에 연마 패드(104)가 설치되는 선반(platen, 124)을 포함할 수 있다. 선반(124)은 선반 구동기(도시되지 않음)에 의해 회전축(128)에 대해서 회전가능하다. 웨이퍼(112)는, 선반(124)의 회전축(128)에 평행한 채로 이격되어있는 회전축(136)에 대해서 회전가능한 웨이퍼 케리어(132)에 의해 지지될 수 있다. 웨이퍼 케리어(132)는, 웨이퍼(112)가 연마층(108)에 대해 아주 미세하게 평행을 이루지 않게 해주어, 이 경우에 회전축(128, 136)이 아주 미세하게 기울어져 있도록 하는 수평유지 연결장치(gimbaled linkage)를 가질 수 있다. 웨이퍼(112)는, 연마층(108)에 마주 대하고 있고, 연마공정 동안 평탄화될 피연마면(116)을 포함한다. 웨이퍼 케리어(132)는, 웨이퍼(112)를 회전시키기에 적합하고, 피연마면(116)을 연마층(108)에 대해서 아래방향으로 압력을 가해서 연마공정 동안 원하는 압력이 피연마면과 연마층 사이에서 존재하게 하는 힘(F)를 제공하는 케리어 지지 어셈블리(carrier support assembly)(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 연마기(100)는, 슬러리(120)를 연마층(108)에 공급하기 위한 슬러리 유입구(140)를 또한 포함할 수 있다.

기술 분야의 숙련자들에게 이해되는 바와 같이, 연마기(100)는, 시스템 제어기, 슬러리 보관용기와 분배 시스템, 가열 시스템, 승강 시스템과 연마공정의 여러 단계를 제어하기 위한 여러 제어기 등과 같은 기타 다른 요소를 포함할 수 있다. 상기 여러 연마 단계를 위한 제어기는, (ⅰ)웨이퍼(112)와 연마 패드(104)의 회전속도 중에서 하나 혹은 둘 모두를 위한 속도 제어기와 선택기, (ⅱ)연마 패드로의 슬러리(120)의 전달 속도와 전달 위치를 변화시키기 위한 제어기와 선택기, (ⅲ)웨이퍼와 패드 간에 가해질 힘(F)의 크기를 제어하기 위한 제어기와 선택기, (ⅳ)패드의 회전축(128)에 대한 웨이퍼 회전축(136)의 위치를 이들 사이에서 제어하기 위한 제어기, 액츄에이터 그리고 선택기와 같은 것이 있다. 기술 분야의 숙련자들은, 이들 요소들이 어떻게 구성되고 보충되는지 이해할 것이므로, 이들에 관한 세부적인 설명이 기술분야의 숙련자들에게는 본 발명을 이해하고 실시하는데 필요치 않다는 것을 이해할 것이다.

연마공정 동안, 연마 패드(104)와 웨이퍼(112)는, 각각 자신의 회전축(128, 136)에 대해서 회전되고, 슬러리(120)는 슬러리 유입구(140)로부터 회전하는 연마 패드로 분배된다. 슬러리(120)는, 웨이퍼(112) 아래의 틈새와 연마 패드(104)를 포함하는 연마층(108) 위로 흩어져 퍼지게 된다. 연마 패드(104)와 웨이퍼(112)는, 전형적으로 하지만 꼭 그럴 필요는 없이, 0.1rpm에서 150rpm 사이의 선택된 속도로 회전된다. 힘(F)은, 전형적으로 하지만 꼭 그럴 필요는 없이, 웨이퍼(112)와 연마 패드(104) 사이에서 0.1psi에서 15psi(6.9 내지 103 kPa)의 원하는 압력을 내도록 선택된 크기를 갖는다.
도 3a는, 도 2의 연마 패드(104)와 연결되어, 상기 언급한 바와 같이 혼합 웨이크(도 1의 엘리먼트(46))의 형성을 억제하거나 패드의 연마층(108)에 존재하는 홈(148, 152, 156) 내부의 혼합 웨이크의 크기를 감소시키는 홈 패턴(144)을 도시하고 있다. 일반적으로, 본 발명에 내재하는 개념은, 연마면(108)의 모든 위치에서 혹은 가능한 많은 위치에서 웨이퍼(112)의 접선 속도 벡터에 대해 큰 각도를 갖는 홈(148, 152, 156)을 제공하고자 하는 것이다. 웨이퍼(112)의 회전축(136)이 연마 패드(104)의 회전축(128)과 일치한다면, 본 발명에 따른 이상적인 홈 패턴은, 홈이 패드의 회전축으로부터 바깥쪽으로 발산하는 형태의 홈이 될 것이다. 그러나, 도 2에 도시된 연마기(100)와 같은 이중회전축 연마기에서는, 연마 패드(104)와 웨이퍼(112)의 회전축(128, 136) 간의 이격(offset)(160)에 의해서 상황이 복잡하게 얽히게 된다.

그럼에도 불구하고, 웨이퍼(112)와 패드의 회전축(136, 128)이 일치할 경우에 가능한 이상적인 홈 패턴을 근사화시키는 이중회전축 연마기로 사용하기 위한 연마 패드, 즉 상기 패드(104)를 설계하는 것이 가능하다. 회전축(128, 136) 사이의 이격(160)(도 1)의 결과로서, 연마 작업은 연마 패드(104)가, 연마 패드(104)위의 한 점의 궤적에 의해 각각 정의되는 내부 경계(168)과 외부 경계(172)로 한정되는 연마 지역(164)(반도체 웨이퍼 평탄화 내용에서 "웨이퍼 트랙"과 공통적으로 관련됨)을 쓸고 지나가도록 한다. 회전 연마 패드에 대해, 내부 경계(168)과 외부 경계(172)는 원을 나타낸다. 일반적으로, 연마 지역(164)은, 연마공정 동안 웨이퍼에 대해 연마 패드(104)가 회전할 때 웨이퍼(112)의 피연마면(도시되지 않음)에 대면하고 있는 연마층(108)의 일부분에 해당된다. 도시된 실시예에서, 연마 패드(104)는, 도 2의 연마기(100)에 사용하도록 설계되어 있고, 여기서 웨이퍼(112)는 패드에 대해 고정된 위치에서 회전된다. 결과적으로, 연마 지역(164)은 형태상으로 고리 모양의 환형을 이루게 되고, 웨이퍼(112)의 피연마면의 직경과 동일한 직경을 갖는 내부 경계(168)와 외부 경계(172) 사이에서 일정한 폭(W)을 갖게 된다. 웨이퍼(112)가 회전할뿐만 아니라 연마층(108)에 평행한 방향으로 진동까지 하게 되는 실시예에서, 연마 지역(164)은 전형적으로 또한 고리모양 환형을 이루게 되지만, 진동 포락구조(envelope)를 설명하기 위해, 내부 경계와 외부 경계(168, 172)사이의 폭(W)은 웨이퍼(112)의 피연마면의 직경보다 더 크게 될 것이다.

연마 지역(164)의 내부 경계(168)는, 연마공정 동안 슬러리(도시되지 않음) 혹은 기타 다른 연마 매체가 연마 패드(104)로 제공될 수 있는 중앙 지역(176)을 한정한다. 웨이퍼(112)가 회전할뿐만 아니라 연마층(108)에 평행한 방향으로 진동하는 실시예에서, 진동 포락구조가 연마 패드(104)의 중심까지 혹은 거의 중심까지 확장된다면, 중앙 지역(176)은 매우 작아지게 될 수 있고, 이 경우에 슬러리 혹은 기타 다른 연마 매체는 중심에서 벗어난 위치에서 패드로 제공될 수 있다. 연마 지역(164)의 외부 경계(172)는 전형적으로, 연마 패드(104)의 주위 테두리(peripheral edge; 180)에 방사형태로 위치될 것이지만, 대안적으로 이 테두리와 동일한 정도의 넓이로 퍼져 있을 수 있다.

웨이퍼(112)의 회전 방향(184)이 홈(148, 152, 156) 혹은 그 일부에 정렬되는 경우가 발생하는 횟수를 줄이거나 최소화시키는 홈 패턴(144)을 설계할 때, 네 위치중에 둘은 연마 패드(104)와 웨이퍼의 회전축(128, 136)을 통해 연장된 선(188)을 따르고, 네 위치중에 다른 둘은 패드의 회전축과 중심이 같고 웨이퍼의 회전축을 통해 연장되어 있는 원호(190)를 따르는, 네 위치 (L1, L2, L3, L4)에서 웨이퍼의 속도를 고려하는 것이 유용하다. 이것은, 이들 위치가 연마 패드(104)의 회전 방향(192)에 대한 웨이퍼(112)의 속도 벡터(velocity vector)의 네 극단(extreme)을 나타내기 때문이다. 즉, 제 1 위치(L1)는, 웨이퍼(112)의 속도 벡터(V1)가 본질적으로 연마 패드(104)의 회전 방향(192)에 정반대가 되고 이 방향으로 가장 큰 크기를 갖게되는 위치를 나타내고, 제 2 위치(L2)는, 웨이퍼의 속도 벡터(V2)가 본질적으로 패드의 회전 방향과 같은 방향이 되고 이 방향으로 가장 큰 크기를 갖게 되는 위치를 나타내고, 제 3, 4 위치(L3, L4)는, 웨이퍼의 속도 벡터(V3, V4)가 패드의 회전 방향에 대해 큰 각을 갖고 그 방향으로 가장 큰 크기를 갖게되는 위치를 나타낸다. 상기 논의된 이상적인 홈 패턴을 근사화하기 위해 본 발명에 내재되어 있는 원리가 적용될 수 있는 것이 상기 위치들(L1, L2, L3, L4)이다.

쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 네 위치(L1, L2, L3, L4)에서 웨이퍼(112)의 속도 벡터(V1, V2, V3, V4)에 대한 고려는 일반적으로 연마 지역(164)의 세 구역, 즉 제 1 위치(L1)에 해당되는 제 1 구역(Z1), 제 3, 4 위치(L3, L4) 모두에 해당되는 제 2 구역(Z2) 그리고 제 2 위치(L2)에 해당되는 제 3 구역(Z3)으로의 분할에 이르게 된다. 웨어퍼 트랙의 폭(W)은, 일반적으로 상기 구역(Z1, Z2, Z3) 사이에 원하는 어떤 방식으로든 할당될 수 있다. 예를 들면, 제 1, 3 구역(Z1, Z3)은 각각 상기 폭(W)의 4분의 1로 배분될 수 있고, 제 3 구역(Z3)는 상기 폭(W)의 절반에 배분될 수 있다. 상기 폭(W)의 3분의 1과 같은 할당은, 세 구역(Z1, Z2, Z3) 사이에서 각각 배분될 수 있다. 양호하게 연마 패드(104)는, 연마를 위해 반도체 웨이퍼에 동시에 인접해 있는 제 1 구역(Z1)의 다수의 제 1 대각도 홈과 제 3 구역(Z3)의 다수의 제 2 대각도 홈 또한 제 2 구역(Z2)의 최소한 하나의 소각도 홈으로 동시에 반도체 웨이퍼를 연마한다.

내재되어 있는 본 발명의 원칙을 적용할 때, 제 1 위치(L1)에서의 속도 벡터를 기초로 하여, 웨이퍼(112)의 속도 벡터에 대해 큰 각도를 이루고 있는 홈들(148, 152, 156)을 제 1 구역(Z1)으로 제공하는 것은, 방사형 홈들(148)이 제 1 구역(Z1)에서 필요로 한다는 것을 보여준다. 이것은, 속도 벡터(V1)가 본질적으로 방사형 홈(148)에 대해 수직을 이루고 있기 때문이다. 홈(148)이 내부 경계(168)를 넘어서 회전축(128)을 향해 혹은 회전축 쪽으로 확장될 수 있다는 것이 드러나게 된다. 이해할 수 있는 바와 같이, 방사형 홈(148)은 연마 지역(164)의 내부 경계(168)에 수직을 이루고 있다. 홈(148)이 실제로 방사형으로 이루어질 필요는 없다는 것이 드러나게 된다. 오히려, 각 홈들(148)은 내부 경계(168)에 대해 90°의 각도를 이루기 보다는 다른 각도 α를 형성할 수 있다. 일반적으로, 상기 각도 α는 양호하게는 45°에서 135°, 더 양호하게는 60°에서 120°의 각도, 가장 양호하게는 75°에서 105°의 범위에 해당되는 큰 각도를 나타낸다. 게다가, 각 홈들(148)은 선형일 필요는 없으며, 오히려 지그재그형태, 물결모양 혹은 톱니형태와 같은 곡선형태를 취할 수 있다는 것이 드러난다. 일반적으로, 지그재그형태, 물결모양, 톱니형태와 같은 홈들에 대해, 상기 각도 α는 홈의 횡단 중심선으로부터, 국지적 견지(local sense)보다는 포괄적인 견지(global sense)로, 다시 말하면 반복 형상(물결 모양 또는 지그재그 형태)의 여러 반복 단위에 대해 평균을 측정했을때 홈의 중심 위치에서 측정된다.

제 2 위치(L2)에서의 속도 벡터(V2)는 제 1 위치(L1)에서의 속도 벡터(V1)에 대해서 반대방향으로 되어있다는 기본적인 차이가 있지만, 홈(156)에 대한 제 3 구역(Z3)의 조건은 제 1 구역(Z1)의 조건과 본질적으로 동일하다. 따라서, 외부 경계(172)에 대해 90°가 되는 각도 β를 형성하도록 하기 위해, 홈(156)은 제 1 구역(Z1)의 홈(148)과 같은 방사형으로 이루어질 수 있다. 그러나, 다른 홈(148)과 같이, 홈(156)은 방사형으로 이루어질 필요는 없다. 오히려, 각 홈들(152)은 외부 경계(172)에 대해 90°의 각도를 이루기 보다는 다른 각도 β를 형성할 수 있다. 일반적으로, 상기 각도 β는, 양호하게는 45°에서 135°, 더 양호하게는 60°에서 120°, 가장 양호하게는 75°에서 105°의 범위 내에 속하게 되는 큰 각도를 나타낸다. 게다가, 다른 홈(148)처럼, 각 홈들(156)은 선형으로 이루어질 필요는 없고, 오히려 지그재그형태, 물결모양 혹은 톱니형태의 곡선형태를 취할 수 있다. 또한 다른 홈(148)과 같이, 지그재그형태, 물결모양, 톱니형태와 같은 홈들에 대해, 상기 각도 β는, 포괄적인 견지에서 일반적으로 홈을 가로지르는, 반복 형상의 여러 반복 단위에 대해 평균되어진 중심을 나타내는 선으로부터 측정될 수 있다.

제 2 구역(Z2)에 있는 웨이퍼(112)의 속도 벡터들(V3, V4)은 제 1, 3 구역(Z1, Z3)의 속도 벡터(V1, V2)에 각각 수직을 이루고 있다. 제 2 구역(Z2)에 있는 홈(152)이 속도 벡터(V3, V4)에 대해 큰 각도를 이루도록 하기 위해, 이 홈들은, 연마 지역(164)의 내부 경계와 외부 경계(168, 172)에 대해 평행하게 이루어지거나 혹은 작은 각도를 이루게 할 수 있다. 상기와 같은 연결에서, 각 홈들(152)은, 내부 경계(168) 혹은 외부 경계(172) 중에 하나에 대해, -30°에서 30°, 더 양호하게는 -15°에서 15°의 작은 각 γ을 양호하게 형성한다. 상기 홈들(152)이 내부 경계와 외부 경계(168, 172)(그리고 이들 각각에 대해)에 대해 평행하지 않다면, 이 홈들은, 그럴 필요는 없지만, 모두 도 3a에 도시된 바와 같이 서로에 대해 일정하게 거리를 두고 위치될 수 있다. 원한다면, 이 홈들(152) 혹은 그들의 일부는, 도 3b와 연계되어 아래에서 기술되는 바와 같이, 장방형 격자(rhomboidal grid)(도시되지 않음) 혹은 다른 패턴을 형성하기 위해, 서로 반대방향으로 교차할 수 있다.

세 개의 홈(148), 홈(152) 그리고 홈(156) 중에 해당하는 각각의 하나는, 회전축(128)에 근접한 위치로부터 연마 지역(164)을 통해 혹은 이 연마 지역을 넘어 확장하는 연속된 채널(continuous channel)(도 3a에 굵은 선으로 표시되어 있고 참조 번호 196에 의해 인식가능한)을 형성하기 위해, 도시된 바와 같이 서로간에, 그럴 필요는 없지만, 연결되어 있다. 도시된 바와 같은 연속된 채널(196)을 제공하는 것은, 연마 잔해물(debris)의 배출과 발생열 제거를 위한 슬러리의 이용과 보조에 도움이 될 수 있다. 홈(148)의 각각은 제 1 전환부(transition)(200)에서 대응하는 다른 홈(152) 중의 하나와 각각 연결될 수 있고, 마찬가지로 홈(152)의 각각은 제 2 전환부(204)에서 대응하는 다른 홈(156) 중의 하나와 각각 연결될 수 있다. 특정한 설계에 맞추기 위해 원하는대로, 제 1, 제 2 전환부(200, 204) 각각은, 완만한 각도, 즉 도시된 구부러진 전환부가 될 수 있고, 혹은 급한 경사를 갖는 각도, 즉 그 위치에서 홈들(148, 152, 156) 중에 연결된 하나가 서로에 대해 가파른 각을 형성할 수도 있다.

비록 연마 지역(164)이 세 구역(Z1, Z2, Z3)으로 분할된 것으로 기술되었지만, 기술분야의 숙련자들은, 연마 지역이 원한다면 더 많은 수로 분할될 수 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 제공된 구역의 숫자에 관계없이, 각 구역에 홈들, 즉 세 홈(148, 152, 156)을 배열하는 과정은 상기와 동일하다. 즉, 각 구역에서의 홈들의 방향(들)은 상응하는 위치(위치 L1에서 L4까지와 유사)에서 속도 벡터(속도 벡터 V1에서 V4까지와 유사한)에 대해 큰 각도를 이루도록 선택될 수 있다.

예를 들면, 제 1 구역(Z1)과 제 2 구역(Z2) 사이의 한 구역과, 제 2 구역(Z2)과 제 3 구역(Z3) 사이의 한 구역으로 구성된 부가적인 두 구역은, 다음과 같이 부가될 수 있다. 처음으로 네 부가적인 속도 벡터에 대한 네 부가적인 위치는, 연마 패드(104)의 회전축(128)과 중심이 각각 같은 두개의 부가적인 원호(원호 190과 유사)를 이용하여 결정될 수 있다. 상기 부가적인 원호 중의 하나는, 제 1 위치(L1)과 웨이퍼(112)의 회전축(136) 사이의 중간지점에서 특정선(188)과 교차하도록 위치될 수 있고, 나머지는 웨이퍼의 회전축과 제 2 위치(L2) 사이의 중간지점에서 특정선(188)과 교차하도록 위치될 수 있다. 그리고 나서, 속도 벡터에 대한 부가적인 위치는, 그 위치에서 새로운 두 원호가 웨이퍼(112)의 바깥주위 테두리(180)와 교차하는 네 점이 되도록 선택될 수 있다. 그후에 상기 부가적인 두 구역은, 제 2 구역(Z2)를 원호(190)에 대응시키는 것과, 해당하는 위치를 제 3, 4 구역(Z3, Z4)를 대응시키는 것과 유사한 방식으로, 상기 부가적인 두 원호에 대응될 수 있다. 그후에, 웨이퍼(112)의 부가적인 속도 벡터는, 부가적인 네 위치와, 세 홈(148, 152, 156)에 대해서 상기 논의된 바와 같이, 부가적인 속도 벡터에 대해서 방향지어진 새로운 홈들에 대해서 결정될 수 있다.

도 3b와 3c는, 내재하는 본 발명의 개념을 포함하고 있는 도 3a의 홈 패턴(144)에 변형이 가해진 홈 패턴(302, 402)을 각각 가진 연마 패드(300, 400)를 각각 도시하고 있다. 도 3b는, 대체로 각각 방사형으로 되어 있고 대응하는 연마 지역(320)의 내부 경계와 외부 경계(312, 316)에 대해 큰 각을 형성하지만, 서로 반대 방향으로 구부러져있는 홈들(304, 308)을 각각 부분적으로 포함하고 있는 구역(Z1 ^, ,Z3 ^, )을 도시하고 있다. 물론, 상기 홈들(312, 316)은, 도 3a와 연계되어 상기 기술된 형상과 방향과 같이, 다른 형상과 방향을 가질 수 있다. 또한 도 3b는, 단일 나선형 홈(324)을 가지고, 그 위치의 모든 점에서 내부와 외부 경계(312, 316)(또한 홈 304, 308에 대해서는 큰 각도를 형성하는)에 대해 작은 각도를 형성하도록 되어 있는 구역(Z2 ^, )을 도시하고 있다. 홈 패턴(302)이, 본 발명에 따라서, 연마 과정동안 상기 홈들에서 형성되는 혼합 웨이크의 형성과 그 웨이크의 정도를 억제하기 위해, 속도 베터(V1 ^, )에 대해 큰 각도를 형성하는 홈(304), 속도 벡터(V2 ^, )에 대해 큰 각도를 형성하는 홈(308) 그리고 두 속도 벡터(V3 ^, , V4 ^, )에 대해 큰 각도를 형성하는 홈(324)을 제공한다는 것을 쉽게 알 수 있다. 폭(W')은, 각각에 대해 폭(W')의 4분의 1, 폭(W')의 절반, 폭(W')의 4분의 1 혹은 폭(W')의 3분의 1 등과 같은 적절한 방식으로 세 구역(Z1 ^, ,Z2 ^, , Z3 ^, )으로 분할될 수 있다.

도 3a에 관해 상기 언급한 바와 같이, 제 2 구역(Z2)은, 서로 교차하는 홈들(152) 혹은 그 일부분을 포함할 수 있다. 이것은, 도 3b의 나선형 홈(324)의 내용에서 쉽게 짐작할 수 있다. 예를 들면, 도시된 반시계방향 나선형 홈(324)에 부가하여, 구역(Z2 ^, )은, 반시계방향 나선 홈과 다수 위치에서 교차해야 하는 유사한 시계방향 나선홈(도시되지 않음)을 또한 포함할 수 있다.

도 3c은, 방사형으로 이루어져 있고 연마 지역(420)의 내부와 외부 경계(412, 416) 중에 해당하는 하나에 대해 큰 각도를 형성하고 있는 홈들(404, 408)을 부분적으로 포함하고 있는 두 구역(Z1 ^,, , Z3 ^,, )을 도시하고 있다. 이 홈들(404, 408)은, 도 3a와 연계하여 상기 언급된 형상과 방향 등과 같은, 다른 형상과 방향을 가질 수 있다. 도 3c는, 내부와 외부 경계(412, 416)에 대해 각각 평행을 이루고 있는 다수의 원형 홈들(424)을 포함하는 구역(Z2 ^,, )을 추가적으로 도시하고 있다. 도 3a와 도 3b와 같이, 홈 패턴(402)이, 본 발명에 따라서, 연마 과정동안 상기 홈들에서 형성되는 혼합 웨이크의 형성과 그 웨이크의 정도를 억제하기 위해, 속도 베터(V1 ^,, )에 대해 큰 각도를 형성하는 홈(404), 속도 벡터(V2 ^,, )에 대해 큰 각도를 형성하는 홈(408) 그리고 두 속도 벡터(V3 ^,, , V4 ^,, )에 대해 큰 각도를 형성하는 홈(412)을 제공한다는 것을 쉽게 알 수 있다. 폭(W ^,, )은, 각각에 대해 폭(W ^,, )의 4분의 1, 폭(W ^,, )의 절반, 폭(W ^,, )의 4분의 1 혹은 폭(W ^,, )의 3분의 1 등과 같은 적절한 방식으로 세 구역(Z1 ^,, ,Z2 ^,, , Z3 ^,, )으로 분할될 수 있다.

도 4는, 연속 벨트형 연마 패드(500)의 맥락에서 본 발명을 도시한다. 도 3a에서 도 3c까지와 연계하여 상기 논의된 회전형 연마 패드들(104, 300, 400)과 같이, 도 4의 연마 패드(500)는, 연마공정 동안 웨이퍼가 회전할뿐만 아니라 진동까지 하는가의 여부에 따라서, 웨이퍼(516)의 피연마면(도시되지 않음)의 직경과 같거나 혹은 그보다 더 큰 폭(W ^,,, )의 간격으로 서로 떨어져 있는 제 1 경계(508)와 제 2 경계(512)에 의해 한정되는 연마 지역(504)를 포함한다. 벨트와 그물형(web-type) 패드에 대해, 내부 경계(168)과 외부 경계(172)는 직선을 나타내게 된다. 또한 회전형 연마 패드들(104, 300, 400)에 유사하게, 연마 지역(504)은, 네 위치(L1 ^,,, , L2 ^,,, , L3 ^,,, , L4 ^,,, )에 각각 위치하게 되는 네 속도 벡터(V1 ^,,, ,V2 ^,,, , V3 ^,,, , V4 ^,,, )와 같은, 웨이퍼(516)의 속도 벡터들 중의 어떤 하나의 방향에 기초하여 선택된 방향 혹은 방향과 형상을 갖는 대응되는 세 홈(520, 524, 528)을 포함하는 세 구역(Z1 ^,,, , Z2 ^,,, , Z3 ^,,, )으로 분할될 수 있다. 연마 지역(504)에 폭(W ^,,, )은, 도 3a에 관해 상기 언급한 방식으로, 세 구역(Z1 ^,,, , Z2 ^,,, , Z3 ^,,, )에 할당될 수 있다.

상기 연마 지역(504)의 형상 외의 다른 것이 도 3a의 연마 지역의 형상(원형에 대비되는 것으로서 선형)과 다르고, 유사한 방식으로 두 속도 벡터(V3 ^,,, , V4 ^,,, )의 두 위치(L3 ^,,, , L4 ^,,, )가 도 3a의 두 위치(L3, L4)와 다르다고 할지라도, 세 홈(520, 524, 528)의 방향 선택에 내재하는 원칙들은 본질적으로 도 3a에 관해 상기 언급한 바와 동일하다. 즉, 제 1 구역(Z1 ^,,, ) 내의 홈(520)이, 대응하는 벡터(V1 ^,,, )에 대해 큰 각도로 구성되고, 제 2 구역(Z2 ^,,, ) 내의 홈(524)이 두 속도 벡터(V3 ^,,, , V4 ^,,, )에 대해 큰 각도로 구성되며, 제 3 구역(Z3 ^,,, ) 내의 홈(528)이 대응하는 벡터(V2 ^,,, )에 대해 큰 각도로 구성되도록 하는 것은 바람직하다. 상기와 같은 요구들은, 회전형 연마 패드(104, 300, 400)에 대해 상기 언급한 바와 동일한 방식으로, 즉 홈(520)을 연마 지역(504)의 제 1 경계(508)에 대해 큰 각도를 갖게 하고, 홈(524)을 제 1, 2 경계(508, 512)에 대해 평행하거나 작은 각도를 갖게 하고 그리고 홈(528)을 제 2 경계(512)에 대해 큰 각도를 갖게 함으로써 만족될 수 있다.

일반적으로, 상기 목적은, 홈(520)이 제 1 경계(508)에 대해 약 60°에서 120°의 각도, 더 양호하게는 75°에서 105°의 각도 α ^, 를 형성하게 하고, 홈(520)이 제 1 경계(508) 혹은 제 2 경계(512)에 대해 약 -30°에서 30°의 각도, 더 양호하게는 -15°에서 15°의 각도 β ^, 를 형성하게 하며, 홈(528)이 제 2 경계(512)에 대해 약 60°에서 120°의 각도, 더 양호하게는 75°에서 105°의 각도 γ ^, 를 형성하게 함으로써 만족될 수 있다. 비록 세 홈들(520, 524, 528)이 연속적 채널을 형성하기 위해 서로 연결되어 있다고 할지라도, 꼭 그렇게 할 필요는 없다는 것이 드러나게 된다. 오히려, 세 홈들(520, 524, 528)은 연결이 끊어진 형태, 즉 도 3c의 홈(424)의 방식으로 이루어질 수도 있다. 도 3c의 원형 홈(424)을 도 4의 벨트형 연마 패드(500)으로 전환할 때, 제 2 구역(Z2 ^,,, ) 내의 홈(524)은 선형으로 그리고 제 1, 2 경계(508, 512)에 대해 평행하게 이루어질 것이다. 그러나, 세 홈들(520, 524, 528)이 서로 연결된다면, 상기 전환은 급격하게(도시된 바와 같이) 혹은 보다 더 완만하게, 다시 말하면 도 3a의 제 1, 2 전환(200, 204)과 유사하게 이루어질 것이다.

연마공정 동안 웨이퍼(112)와 연마 패드(104)사이의 틈새에서 발생하는 혼합 웨이크는, 비균일 연마 등과 같은 여러 이유 때문에 연마공정에 유해할 수 있다. 본 발명을 통해 제공되는 홈 패턴을 통해, 이와 같은 혼합 웨이크의 크기와 정도를 감소시킬 수 있게 된다.

Claims (10)

1. 자기기판, 광학기판 그리고 반도체 기판 중에 최소한 하나를 연마하기 위한 연마 패드에 있어서,

   (a)연마 패드 상의 제 1 점의 궤적에 의해 한정되는 제 1 경계와, 연마 패드 상의 제 2 점의 궤적에 의해 한정되고 제 1 경계와는 이격되어 위치되는 제 2 경계에 의해 한정되는 연마 지역을 가진 연마층과,

   (b)제 1 경계에 인접한 연마 지역에 최소한 부분적으로 포함되고, 제 1 경계와의 교차점에서 45°내지 135°의 각도를 이루게 되는 다수의 제 1 대각도 홈들과,

   (c)제 2 경계에 인접한 연마 지역에 최소한 부분적으로 포함되고, 제 2 경계와의 교차점에서 45°내지 135°의 각도를 이루게 되는 다수의 제 2 대각도 홈들과,

   (d)연마 지역 내에 있으면서, 다수의 제 1 대각도 홈들과 다수의 제2 대각도 홈들 사이에 포함되며, 제 1 경계와 제 2 경계의 궤적에 대해 -30°내지 30°의 각도를 이루게 되는 최소한 하나의 소각도 홈들로 구성되는 연마 패드.
2. 제 1 항에 있어서, 연마 패드는 회전형 연마 패드인 연마 패드.
3. 제 2 항에 있어서, 다수의 제 1 대각도 홈들중에서 각 개별홈과 다수의 제 2 대각도 홈들 중에서 각 개별홈은, 연마 패드의 회전축에 대해 방사형이 되는 연마 패드.
4. 제 1 항에 있어서, 최소한 하나의 소각도 홈은 나선형 홈이 되는 연마 패드.
5. 제 1 항에 있어서, 다수의 소각도 홈들을 추가로 포함하고, 상기 다수의 소각도 홈들 각각은, 다수의 제 1 대각도 홈들 중에서 상응하는 하나의 개별 홈과, 다수의 제 2 대각도 홈들중에서 상응하는 하나의 개별 홈을 연결시키는 연마 패드.
6. 제 2 항에 있어서, 다수의 소각도 홈들을 추가로 포함하고, 상기 다수의 소각도 홈들 각각은 원형으로 이루어진 연마 패드.
7. 제 1 항에 있어서, 연마 패드는 선형 벨트가 되는 연마 패드.
8. 제 1 항에 있어서, 다수의 제 1 대각도 홈들은 제 1 경계와의 교차점에서 60°에서 120°의 각도를 이루고,

   다수의 제 2 대각도 홈들은 제 2 경계와의 교차점에서 60°에서 120°의 각도를 이루게되는 연마 패드.
9. 자기기판, 광학기판 또는 반도체 기판을 연마하는 방법에 있어서,

   연마 패드와 연마 매체로 기판을 연마하는 단계를 포함하되,

   상기 연마 패드는,

   (a)연마 패드 상의 제 1 점의 궤적에 의해 한정되는 제 1 경계와, 연마 패드 상의 제 2 점의 궤적에 의해 한정되고 제 1 경계와는 이격되어 위치되는 제 2 경계에 의해 한정되는 연마 지역을 가진 연마층과,

   (b)각자 제 1 경계에 인접한 연마 지역에 최소한 부분적으로 포함되고, 제 1 경계와의 교차점에서 45°내지 135°의 각도를 이루게 되는 다수의 제 1 대각도 홈들과,

   (c)각자 제 2 경계에 인접한 연마 지역에 최소한 부분적으로 포함되고, 제 2 경계와의 교차점에서 45°내지 135°의 각도를 이루게 되는 다수의 제 2 대각도 홈들과,

   (d)연마 지역 내에 있으면서, 다수의 제 1 대각도 홈들과 다수의 제 2 대각도 홈들 사이에 포함되며, 제 1 경계와 제 2 경계의 궤적에 대해 -30°내지 30°의 각도를 이루게 되는 최소한 하나의 소각도 홈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 연마 패드는 반도체 기판을 연마하고, 다수의 제 1 대각도 홈들과 다수의 제 2 대각도 홈들, 그리고 최소한 하나의 소각도 홈이 적어도 연마공정의 일부동안에 반도체 웨이퍼에 동시에 접하게 되는 연마 방법.

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