CN116038462A - 一种晶圆减薄方法及减薄装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆减薄方法及减薄装置，所述晶圆减薄方法在减薄装置中进行，所述减薄装置包括转台，所述转台的表面配置有六个工位，分别包括多个装卸工位、多个粗磨工位和多个精磨工位；所述晶圆减薄方法包括：提供至少一片晶圆，由所述装卸工位上片；所述转台带动晶圆转动进入各所述粗磨工位，进行多次粗磨减薄；所述转台继续带动晶圆转动进入各所述精磨工位，进行多次精磨减薄。本发明提供的减薄装置配置了6加工工位，可采用不同的加工模式兼容不同硬度材料的减薄工艺，节省了加工时间，大幅提升了晶圆减薄的产能和设备利用率。

Description

一种晶圆减薄方法及减薄装置

技术领域

本发明属于晶圆生产技术领域，具体而言，涉及一种晶圆减薄方法及减薄装置。

背景技术

在后道制程阶段，晶圆(正面已布好电路的硅片)在后续划片、压焊和封装之前需要进行背面减薄加工以降低封装贴装高度，减小芯片封装体积，改善芯片的热扩散效率、电气性能、机械性能及减小划片的加工量。背面磨削加工具有高效率、低成本的优点，目前已经取代传统的湿法刻蚀和离子刻蚀工艺成为最主要的背面减薄技术。

晶圆减薄的具体步骤是把所要加工的晶圆粘接到减薄膜上，然后把减薄膜及上面芯片利用真空吸附到多孔陶瓷承片台上，杯形金刚石砂轮工作面的内外圆舟中线调整到硅片的中心位置，硅片和砂轮绕各自的轴线回转，进行切进磨削。磨削包括粗磨、精磨和抛光三个阶段。

在晶圆超精密减薄加工中，对于高硬度产品加工去除速度慢问题，采用多主轴分步加工的方式，来提高加工效率，但是此类研磨机无法加工常见的硅产品，限制了机器的应用范围。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种晶圆减薄方法及减薄装置。

第一方面，本发明实施例提供了一种晶圆减薄方法，所述晶圆减薄方法在减薄装置中进行，所述减薄装置包括转台，所述转台的表面配置有六个工位，分别包括多个装卸工位、多个粗磨工位和多个精磨工位；

所述晶圆减薄方法包括：

提供至少一片晶圆，由所述装卸工位上片；

所述转台带动晶圆转动进入各所述粗磨工位，进行多次粗磨减薄；

所述转台继续带动晶圆转动进入各所述精磨工位，进行多次精磨减薄。

在一些实施例中，所述晶圆为高硬度材料晶圆，所述转台的表面沿旋转方向配置有两个上下料清洗工位、三个粗磨工位和一个精磨工位。

在一些实施例中，所述晶圆减薄方法具体包括：

提供一片待减薄晶圆，由所述装卸工位上片；

所述转台带动晶圆转动逐一送入三个粗磨工位，对晶圆依次进行三次粗磨；

所述转台带动晶圆转动至精磨工位处，对晶圆依次进行一次精磨；

所述转台的转动角度为一个工位对应的圆心角。

在一些实施例中，所述晶圆减薄方法还包括：

当前提供的待减薄晶圆进入粗磨工位后，提供另一待减薄晶圆，继续由所述装卸工位上片，实现连续作业。

在一些实施例中，所述晶圆为常规材料晶圆，所述转台的表面沿旋转方向配置有两个上下料清洗工位、两个粗磨工位和两个精磨工位。

在一些实施例中，所述晶圆减薄方法包括：

提供两片待减薄晶圆，分别放置于两个上下料清洗工位上；

所述转台带动两片晶圆同时转动至两个粗磨工位处，对晶圆进行粗磨；

所述转台带动两片晶圆同时转动至两个精磨工位处，对晶圆进行精磨；

所述转台的转动角度为相邻两个工位对应的圆心角。

第二方面，本发明实施例提供了一种适用于上述实施例的晶圆减薄方法的减薄装置，所述减薄装置包括转台，所述转台的表面沿旋转方向依次配置有多个上下料清洗工位、多个粗磨工位和多个精磨工位；所述粗磨工位和所述精磨工位上方分别设置有粗磨单元和精磨单元。

在一些实施例中，所述上下料清洗工位、粗磨工位和多个精磨工位上均配置有固定件，用于保持晶圆并带动晶圆旋转。

在一些实施例中，所述粗磨单元包括：

粗磨砂轮，其底面形成有粗磨面，所述粗磨砂轮在竖直方向上的投影至少覆盖晶圆的半径所在的扇形区域；

粗磨主轴，其与所述粗磨砂轮传动连接，用于带动所述粗磨砂轮旋转和/或在竖直方向移动。

在一些实施例中，所述精磨单元包括：

精磨砂轮，其底面形成有精磨面，所述精磨砂轮在竖直方向上的投影至少覆盖晶圆的半径所在的扇形区域；

精磨主轴，其与所述精磨砂轮传动连接，用于带动所述精磨砂轮旋转和/或在竖直方向移动。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

本发明提供的减薄装置配置了6加工工位，可采用不同的加工模式兼容不同硬度材料的减薄工艺，例如，当对材料研磨硬度较高的晶圆进行减薄时，使用连续工位加工方式，转台带动晶圆转动送入相邻的下一工位，通过增加粗磨工位和精磨工位的数量，将晶圆的减薄工序分开在不同工位下独立作业，将减薄去除量分散至各个工位进行，以减少每个工位处的去除量，减少了加工时间，提高了加工效率。当对材料研磨硬度正常的晶圆进行减薄时，采用跳跃工位加工方式，一次送入两片晶圆，转台带动晶圆转动送入与之相隔一个工位的下一工位，可对两片晶圆同时进行减薄磨削，节省了加工时间，大幅提升了晶圆减薄的产能和设备利用率。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1是本发明一实施例提供的高硬度材料晶圆的减薄过程示意图；

图2是本发明一实施例提供的常规材料晶圆的减薄过程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明中，“化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)”也称为“化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization,CMP)”，晶圆(Wafer,W)也称晶圆(Substrate)，其含义和实际作用等同。

随着半导体和集成电路技术的快速发展，半导体和集成电路制程对产能的要求也越来越高。在半导体和集成电路制程中，晶圆减薄是非常重要的一道工序，通过减薄去除晶圆多余的材料以提高晶圆的机械性能、电气性能和散热性，达到降低电阻的要求；同时，减薄可以方便后续进行划片、裂片和封装等工艺处理。然而，传统的减薄设备大多采用单轴机台，存在设备产能低和设备利用率低的问题。

为此，本发明提出了一种晶圆减薄方法，晶圆减薄方法在减薄装置中进行，减薄装置包括转台，转台的表面配置有六个工位，分别包括多个装卸工位、多个粗磨工位和多个精磨工位；

晶圆减薄方法包括：

提供至少一片晶圆100，由装卸工位上片；

转台带动晶圆100转动进入各粗磨工位，进行多次粗磨减薄；

转台继续带动晶圆100转动进入各精磨工位，进行多次精磨减薄。

本实施例提供的减薄装置配置了6加工工位，可采用不同的加工模式兼容不同硬度材料的减薄工艺，例如，当对材料研磨硬度较高的晶圆100进行减薄时，使用连续工位加工方式，转台带动晶圆100转动送入相邻的下一工位，通过增加粗磨工位和精磨工位的数量，将晶圆100的减薄工序分开在不同工位下独立作业，将减薄去除量分散至各个工位进行，以减少每个工位处的去除量，减少了加工时间，提高了加工效率。当对材料研磨硬度正常的晶圆100进行减薄时，采用跳跃工位加工方式，一次送入两片晶圆100，转台带动晶圆100转动送入与之相隔一个工位的下一工位，可对两片晶圆100同时进行减薄磨削，节省了加工时间，大幅提升了晶圆100减薄的产能和设备利用率。

需要说明的是，本实施例提供的转台可绕其竖向中轴线旋转，转台上的各个工位在转台上均匀分布，在本实施例提供的6工位转台中，相邻两个工位的中心与转台中心的连线呈60°夹角。粗磨工位和精磨工位上方分别对应粗磨单元和精磨单元，粗磨单元和精磨单元分别用于对晶圆100的待磨削面进行粗磨削和精磨削，装卸工位则用于晶圆100的装卸和清洗。通过转台带动晶圆100转动，进入不同的工位，晶圆100按照装卸工位—粗磨工位—精磨工位—装卸工位的顺序循环移动逐一磨削，实现对晶圆100的连续化减薄作业。

图1所示的实施例中，晶圆100为高硬度材料晶圆100，转台的表面沿旋转方向配置有两个上下料清洗工位、三个粗磨工位和一个精磨工位。

高硬度材料晶圆100需要多次粗磨以达到目标厚度，如图1所示，本实施例对高硬度材料晶圆100的减薄工艺提供了三个粗磨工位和一个精磨工位，在三个粗磨工位上方均对应配置有粗磨单元，三个粗磨工位沿转盘200旋转方向分别记为第一粗磨工位220、第二粗磨工位230和第三粗磨工位240，其上方对应配置的粗磨单元则相应记为第一粗磨单元310、第二粗磨单元320和第三粗磨单元330。

需要说明的是，本发明对高硬度材料的种类不作具体要求和特殊限定，一般可以是蓝宝石、碳化硅等。

在磨削过程中，晶圆100经由装卸工位上片并送入第一粗磨工位220，第一粗磨单元310对位于第一粗磨工位220的晶圆100进行磨削处理，以达到快速磨削的目的；第二粗磨单元320对位于第二粗磨工位230的晶圆100进行磨削处理，以达到磨削晶圆100和释放晶圆100应力的目的；第三粗磨单元330对位于第三粗磨工位240的晶圆100进行磨削处理，以达到进一步磨削晶圆100和释放晶圆100应力的目的；第一精磨单元340对位于第一精磨工位250的晶圆100进行磨削处理直至达到目标厚度。

可以理解的是，本实施例提供的第一粗磨单元310、第二粗磨单元320、第三粗磨单元330和第一精磨单元340可以同时工作，实现对晶圆100的连续化减薄作业。

图1所示的实施例中，晶圆减薄方法具体包括：

提供一片待减薄晶圆100，由装卸工位上片；

转台带动晶圆100转动逐一送入三个粗磨工位，对晶圆100依次进行三次粗磨；

转台带动晶圆100转动至精磨工位处，对晶圆100依次进行一次精磨；

转台的转动角度为一个工位对应的圆心角。

图1所示的实施例中，转盘200的表面沿旋转方向依次划分为第一装卸工位210、第一粗磨工位220、第二粗磨工位230、第三粗磨工位240、第一精磨工位250和第二装卸工位270，其中，第一粗磨工位220、第二粗磨工位230、第三粗磨工位240和第一精磨工位250的上方分别配置有第一粗磨单元310、第二粗磨单元320、第三粗磨单元330和第一精磨单元340。

在图1提供的减薄装置中，晶圆100的减薄磨削过程具体包括：

将一片晶圆100放置于第一装卸工位210上，通过其上的吸盘对晶圆100进行真空吸附固定；

转盘200旋转60°，将晶圆100送入第一粗磨工位220，通过第一粗磨单元310的轴向下移，使得其上的粗磨砂轮抵贴至晶圆100的待磨削面，粗磨砂轮以第一速度进行旋转，同时，第一粗磨工位220处的吸盘承载晶圆100的同时也带动晶圆100旋转，粗磨砂轮对晶圆100的待磨削面进行第一次粗磨加工；

转盘200继续旋转60°，将晶圆100送入第二粗磨工位230，通过第二粗磨单元320的轴向下移，使得其上的粗磨砂轮抵贴至晶圆100的待磨削面，粗磨砂轮以第二速度进行旋转(第二速度小于第一速度)，同时，第二粗磨工位230处的吸盘承载晶圆100的同时也带动晶圆100旋转，粗磨砂轮对晶圆100的待磨削面进行第二次粗磨加工；

转盘200继续旋转60°，将晶圆100送入第三粗磨工位240，通过第三粗磨单元330的轴向下移，使得其上的粗磨砂轮抵贴至晶圆100的待磨削面，粗磨砂轮以第三速度进行旋转(第三速度小于第二速度)，同时，第三粗磨工位240处的吸盘承载晶圆100的同时也带动晶圆100旋转，粗磨砂轮对晶圆100的待磨削面进行第三次粗磨加工；

转盘200继续旋转60°，将晶圆100送入第一精磨工位250，通过第一精磨单元340的轴向下移，使得其上的精磨砂轮抵贴至晶圆100的待磨削面，精磨砂轮以第四速度进行旋转(第四速度小于第三速度)，同时，第一精磨工位250处的吸盘承载晶圆100的同时也带动晶圆100旋转，精磨砂轮对晶圆100的待磨削面进行精磨加工；

转盘200继续旋转60°，将晶圆100送入第二装卸工位270。

可以理解的是，在磨削过程中，根据粗磨单元和精磨单元的安装位置的不同，转台的旋转方向也需要适应性做出调整，以匹配放片—粗磨—精磨—卸片的工艺流程。

晶圆减薄方法还包括：

当前提供的待减薄晶圆100进入粗磨工位后，提供另一待减薄晶圆100，继续由装卸工位上片，实现连续作业。

本实施例提供的晶圆减薄方法将晶圆100的减薄工序(粗磨和精磨)分开在四个磨削单元下独立完成，每次磨削过程仅完成部分磨削量的要求，最终经过四次磨削达到目标厚度。在磨削过程中，不同的磨削单元可同时运行，实现晶圆100连续上片，大幅提升了晶圆100减薄的产能和设备利用率。

图2所示的实施例中，晶圆100为常规材料晶圆100，转台的表面沿旋转方向配置有两个上下料清洗工位、两个粗磨工位和两个精磨工位。

常规硬度材料晶圆100无需多次粗磨，仅需一次粗磨和一次精磨即可，为了适配本实施例提供的6工位减薄装置，可以采用跳工位加工方式，配置两个粗磨工位和两个精磨工位，同时上料两片晶圆100，转动两个工位对应的圆心角，使得两片晶圆100同时送入两个粗磨工位，同时进行粗磨削；随后再次转动两个工位所对应的圆心角，使得两片晶圆100同时送入两个精磨工位，同时进行精磨削。

需要说明的是，本发明对常规硬度材料的种类不作具体要求和特殊限定，一般可以是硅、砷化镓等。

图2所示的实施例中，晶圆减薄方法包括：

提供两片待减薄晶圆100，分别放置于两个上下料清洗工位上；

转台带动两片晶圆100同时转动至两个粗磨工位处，对晶圆100进行粗磨；

转台带动两片晶圆100同时转动至两个精磨工位处，对晶圆100进行精磨；

转台的转动角度为相邻两个工位对应的圆心角。

图2所示的实施例中，转盘200的表面沿旋转方向依次划分为第一装卸工位210、第一粗磨工位220、第二粗磨工位230、第一精磨工位250、第二精磨工位260和第二装卸工位270，其中，第一粗磨工位220、第二粗磨工位230、第一精磨工位250和第二精磨工位260的上方分别配置有第一粗磨单元310、第二粗磨单元320、第一精磨单元340和第二精磨单元350。

在图2提供的减薄装置中，晶圆100的减薄磨削过程具体包括：

将第一晶圆110和第二晶圆120分别放置于第一装卸工位210和第二装卸工位270上，通过其上的吸盘对晶圆100进行真空吸附固定；

转盘200旋转120°，第一晶圆110和第二晶圆120同时进入第二粗磨工位230和第一粗磨工位220，通过第一粗磨单元310和第二粗磨单元320的轴向下移，使得其上的粗磨砂轮分别抵贴至第二晶圆120和第一晶圆110的表面，粗磨砂轮以第一速度进行旋转，同时，第一粗磨工位220和第二粗磨工位230处的吸盘分别带动第二晶圆120和第一晶圆110旋转，对第一晶圆110和第二晶圆120的待磨削面进行粗磨加工；

转盘200继续旋转120°，第一晶圆110和第二晶圆120同时进入第二精磨工位260和第一精磨工位250，通过第一精磨单元340和第二精磨单元350的轴向下移，使得其上的精磨砂轮分别抵贴至第二晶圆120和第一晶圆120的表面，精磨砂轮以第二速度进行旋转(第二速度小于第一速度)，同时，第一精磨工位250和第二精磨工位260处的吸盘分别带动第二晶圆120和第一晶圆110旋转，对第一晶圆110和第二晶圆120的待磨削面进行精磨加工；

转盘200继续旋转120°，第一晶圆110和第二晶圆120同时返回第一装卸工位210和第二装卸工位270。

进一步地，在第一晶圆110和第二晶圆120送入第一粗磨工位220和第二粗磨工位230时，向第一装卸工位210和第二装卸工位270上放置下一组待磨削晶圆100，实现晶圆100的连续磨削作业。

本实施例还提供了一种适用于上述实施例的晶圆减薄方法的减薄装置，减薄装置包括转台，转台的表面沿旋转方向依次配置有多个上下料清洗工位、多个粗磨工位和多个精磨工位；粗磨工位和精磨工位上方分别设置有粗磨单元和精磨单元。

在本实施例中，上下料清洗工位、粗磨工位和多个精磨工位上均配置有固定件，用于保持晶圆100并带动晶圆100旋转。

其中，粗磨单元包括：

粗磨砂轮，其底面形成有粗磨面，粗磨砂轮在竖直方向上的投影至少覆盖晶圆100的半径所在的扇形区域；

粗磨主轴，其与粗磨砂轮传动连接，用于带动粗磨砂轮旋转和/或在竖直方向移动。

在本实施例中，粗磨单元包括粗磨砂轮和粗磨主轴，还包括用于驱动粗磨主轴的粗磨进给机构，粗磨砂轮连接在粗磨主轴的底部以使粗磨主轴带动粗磨砂轮旋转从而实现粗磨砂轮对晶圆100待磨削面的旋转磨削，粗磨主轴与粗磨进给机构传动连接以实现上下移动，通过粗磨进给机构控制粗磨砂轮相对于晶圆100进行轴向切入式进给磨削。

需要说明的是，本实施例提供的粗磨砂轮可以为金刚石砂轮，其表面较粗糙以实现对晶圆100的快速粗磨削，减少晶圆100的减薄时间。粗磨砂轮的半径与晶圆100的半径匹配，其与晶圆100之间的相对位置并非完全对齐，粗磨砂轮在水平面内的投影仅覆盖晶圆100的部分区域，覆盖区域近似于梭形。

精磨单元包括：

精磨砂轮，其底面形成有精磨面，精磨砂轮在竖直方向上的投影至少覆盖晶圆100的半径所在的扇形区域；

精磨主轴，其与精磨砂轮传动连接，用于带动精磨砂轮旋转和/或在竖直方向移动。

在本实施例中，精磨单元包括精磨砂轮和精磨主轴，还包括用于驱动精磨主轴的精磨进给机构，精磨砂轮连接在精磨主轴的底部以使精磨主轴带动精磨砂轮旋转从而实现精磨砂轮对晶圆100待磨削面的旋转磨削，精磨主轴与精磨进给机构传动连接以实现上下移动，通过精磨进给机构控制精磨砂轮相对于晶圆100进行轴向切入式进给磨削。

需要说明的是，本实施例提供的精磨砂轮可以为金刚石砂轮，其表面粗糙度低于粗磨砂轮，由于粗磨快速去除晶圆100表面材料会产生严重的表面缺陷和损失，利用精磨砂轮进行低速磨削以降低晶圆100表面损伤层厚度并提高晶圆100表面质量。精磨砂轮的半径与晶圆100的半径匹配，其与晶圆100之间的相对位置并非完全对齐，精磨砂轮在水平面内的投影仅覆盖晶圆100的部分区域，覆盖区域近似于梭形。

需要说明的是，本实施例提供的粗磨主轴和精磨主轴内均形成有沿轴向贯通的磨削液流道，在粗磨和精磨过程中，磨削液从磨削液流道末端的开口处朝向粗磨砂轮(或精磨砂轮)方向喷出，喷射至粗磨砂轮(或精磨砂轮)与晶圆100的接触部位，进行清洗和冷却。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆减薄方法，其特征在于，所述晶圆减薄方法在减薄装置中进行，所述减薄装置包括转台，所述转台的表面配置有六个工位，分别包括多个装卸工位、多个粗磨工位和多个精磨工位；

所述晶圆减薄方法包括：

提供至少一片晶圆，由所述装卸工位上片；

所述转台带动晶圆转动进入各所述粗磨工位，进行多次粗磨减薄；

所述转台继续带动晶圆转动进入各所述精磨工位，进行多次精磨减薄。

2.根据权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述晶圆为高硬度材料晶圆，所述转台的表面沿旋转方向配置有两个上下料清洗工位、三个粗磨工位和一个精磨工位。

3.根据权利要求2所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述晶圆减薄方法具体包括：

提供一片待减薄晶圆，由所述装卸工位上片；

所述转台带动晶圆转动逐一送入三个粗磨工位，对晶圆依次进行三次粗磨；

所述转台带动晶圆转动至精磨工位处，对晶圆依次进行一次精磨；

所述转台的转动角度为一个工位对应的圆心角。

4.根据权利要求3所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述晶圆减薄方法还包括：

当前提供的待减薄晶圆进入粗磨工位后，提供另一待减薄晶圆，继续由所述装卸工位上片，实现连续作业。

5.根据权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述晶圆为常规材料晶圆，所述转台的表面沿旋转方向配置有两个上下料清洗工位、两个粗磨工位和两个精磨工位。

6.根据权利要求5所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述晶圆减薄方法包括：

提供两片待减薄晶圆，分别放置于两个上下料清洗工位上；

所述转台带动两片晶圆同时转动至两个粗磨工位处，对晶圆进行粗磨；

所述转台带动两片晶圆同时转动至两个精磨工位处，对晶圆进行精磨；

所述转台的转动角度为相邻两个工位对应的圆心角。

7.一种适用于权利要求1-6任一项所述的晶圆减薄方法的减薄装置，其特征在于，所述减薄装置包括转台，所述转台的表面沿旋转方向依次配置有多个上下料清洗工位、多个粗磨工位和多个精磨工位；所述粗磨工位和所述精磨工位上方分别设置有粗磨单元和精磨单元。

8.根据权利要求7所述的减薄装置，其特征在于，所述上下料清洗工位、粗磨工位和多个精磨工位上均配置有固定件，用于保持晶圆并带动晶圆旋转。

9.根据权利要求7所述的减薄装置，其特征在于，所述粗磨单元包括：

粗磨砂轮，其底面形成有粗磨面；

粗磨主轴，其与所述粗磨砂轮传动连接，用于带动所述粗磨砂轮旋转和/或在竖直方向移动。

10.根据权利要求7所述的减薄装置，其特征在于，所述精磨单元包括：

精磨砂轮，其底面形成有精磨面；

精磨主轴，其与所述精磨砂轮传动连接，用于带动所述精磨砂轮旋转和/或在竖直方向移动。

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