TWI512865B - 晶圓邊緣檢查技術 - Google Patents
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Description
本發明係有關於檢查半導體晶圓或例如微電子基底之類似基底的邊緣表面以辨別缺陷之檢查系統。
在過去的數十年以來,半導體在使用及普及度上已呈指數地成長。半導體因導入電腦、電子先進產品而實際地改革社會,並且,將很多以往的困難、昂貴及/或耗時的機械處理大致上改進成簡單及快速的電子處理。此半導體方面的迅速發展之能量係來自商業上及個人對電腦和電子產生永無止境的需求。因此,需要更快、更進步的電腦及電子產品。為了滿足此需求,不論是組裝線、實驗室中的測試設備、桌上個人電腦、或家用電子產品或玩具,均要求品質及效率。
半導體的製造者在最終產品品質、速度及性能以及製程品質、速度和性能上已做出大幅改進。但是,仍然一直需要更快、更可靠及高性能的半導體。為了有助於這些需求,需要更快的檢查以增加產能。一般被忽略的一個領域是半導體晶圓的邊緣。吾人相信如此之邊緣區的檢查將可以有更好的關於缺陷之資訊,且而能夠增進製程控制及晶圓產能。
以往,當嘗試檢查半導體晶圓的邊緣時,通常以操作人員的肉眼,人工地執行此檢查。藉由人眼檢查,重複性、訓練、及捕捉率會受制於流量。近來,發現邊緣檢查對於造成現代製造的產能議題之偵測薄膜的分層、晶圓切片及斷裂、光阻度量衡、及粒子偵測是很重要的。此外,晶圓的邊緣是製程狀態的領先指標,並且,藉由監視晶圓邊緣的外觀變化,可以實現更嚴格的製程控制。
在此所提出之概念的態樣係有關於晶圓邊緣檢查。在一態樣中,晶圓邊緣照明系統包含漫射器,而漫射器形成接納晶圓邊緣的槽。漫射器將朗伯(Lambertion)光照射至晶圓邊緣上。至少一光源在漫射器處被引導,且實質上沒有雜散光被發射。一對擋板係位於漫射體的任一側上,以防止雜散光接觸漫射體及脫離漫射體。
在另一態樣中,檢查晶圓的方法包含相對於至少一成像裝置而定位晶圓以及捕捉晶圓邊緣的至少一部份之至少一影像。將所述影像分析以辨識邊緣球狀物去除線。根據邊緣球狀物去除線的辨識,以修改晶圓處理步驟。在各種實施例中,影像可為彩色及/或灰階。此外,晶圓邊緣的部份可為晶圓的上表面及/或正交於該上表面之表面。
目前,系統僅使用灰階強度來辨識邊緣球狀物去除(EBR)線。在大部份的情況中,此方式非常有效,但是,在某些情況中,卻苦於解析度不足,而導致難以決定EBR線的準確位置或方向。使用色彩以加強EBR線辨識及追蹤,可以顯著增進出現在半導體晶圓之邊緣處的許多特徵,常常由於材料本身的尺寸及/或本質,而呈現強烈的調色板給檢查處理中所使用的成像系統。
本發明的一個實施例個別地分析每一個所選取之包含灰階之色彩通道,並且,將這些分析的結果合併以取得它們的結果。為了簡明起見,此處將僅說明單一色彩通道的分析。
本發明的一個優點在於為了辨識及追蹤EBR線所捕捉的影像可以同時被用來辨識晶圓之邊緣處的缺陷。因此,本發明的某些實施例將同時執行例如缺陷檢查、晶圓度量衡、及/或EBR檢查之多種工作。其它實施例可能主要是為了單一目的。
與本發明一起使用之的適當光學系統係揭示於授予Sim之美國專利號6,947,588及7,366,344,該等專利在此為共同擁有且將其一併列入參考。圖1顯示檢查系統100的實施例,其具有安裝於平台機構104上的晶圓支撐件102,而為了對齊,平台機構104係適於橫向地平移該晶圓支撐件102。晶圓支撐件102係藉由馬達106來予以旋轉,而且所造成的旋轉係藉由旋轉編碼器來予以監視及報告給控制器110。
晶圓W的邊緣之影像被感測器120、122、及124所捕捉。每一個感測器120、122、及124均包含相機121、123、及125。相機121、123、及125包含適當的光學器件及例如CCD或CMOS晶片之成像器。注意,雖然系統100顯示有三個感測器120、122、及124,但是,可以包含更少的感測器。舉例而言,在一個實施例中,本發明僅由感測器120及124所組成。在其它實施例中,系統100可以僅包含感測器120和122或僅包含感測器122。習於此技藝者,將可容易清楚有其它的組合。感測器120、122、及124係通訊式地耦合至控制器110,而如同下述更完整地說明般,控制器110控制系統100。
參考圖2,晶圓W具有邊緣130,而為了方便起見,邊緣130可以被分割成許多區或區域。舉例而言,分別為邊緣上部區132、邊緣垂直區134及邊緣底部區136,而邊緣上部區132可以包含形成於晶圓W的上表面上之光阻層133或其它膜或結構注意,上述區或區域在晶圓邊緣130的上及下斜邊138、140處彼此重疊。舉例而言,邊緣上部區132的影像可以包含部份光阻層133及晶圓W的部份之上斜邊138。也應注意,圖2中所示之晶圓邊緣130的斜切幾何形狀僅為晶圓邊緣幾何形狀的其中一種型式。晶圓邊緣130的輪廓可以如同所示般為斜切的,或是具有許多曲線形狀的其中之一,這些由線形狀包含牛鼻輪廓或橢圓輪廓。在任何情況中,上述區域係有助於用來討論與晶圓W的邊緣130有關之成像及檢測議題。
光阻層133代表於晶圓W上構成半導體裝置之層及結構。層133之尖銳的邊界133a代表排了邊界之外的邊緣。一般而言,由於形成層133的材料在區132中一般不會可靠地保持黏著於晶圓邊緣130,所以,無法接受在邊界133a之外形成層133。以掩罩、旋轉塗敷、蝕刻(濕式或乾式)、清潔(濕式或乾式)、或機械拋光技術中的任一技術來形成邊界133a。上述任何技術、使用的材料、或製程發生的條件中之故障或變動,可能會在晶圓邊緣處造成變化,其會導致對晶圓W本身的損傷或劣化,或是,更經常而言對形成於其上的裝置之損傷或劣化。
圖3是晶圓邊緣130的一部份之上視圖。注意,此影像被歸一化,使得晶圓W的曲線邊緣呈現為直線。對於所有形成於晶圓W上的層133結束於虛線所示之邊界133a的名義上位置處,是理想的考量。但是,實際上,通常是例如光阻之沈積材料將會以更可變的方式來予以沈積。當多個光阻層能夠被形成於單一晶圓W上時,與此可變性有關的議題因而產生。舉例而言,在第一光阻(或其它材料)層142延伸通過邊界133a之情況中,延伸超過邊界133a的部份將會更容易斷開,因而污染晶圓W的其餘部份。要被黏著於層142之後續的光阻(或另一材料)層144也會因下層剝落或切去的可能而剝落或切去。此外,在例如層142之下層欲完全遮蓋晶圓W本身或位於下層142之下的層但無法完全地遮蓋之情況中,沈積於其上的層144可能無法完全黏著。基於這些及其它理由,不希望例如層133、142及144之層延伸超過名義上的邊界133。同樣地,也不希望例如層133、142及144之層的邊緣彼此交會。
在一個實施例中,感測器120、122、及124係分別適以拍攝邊緣上部區132、邊緣垂直區134、及邊緣底部區136的影像。此外,感測器120、122及124也拍攝晶圓邊緣130的上及下斜邊138、140。位於晶圓W上方且通常朝下之感測器120可以拍攝光阻層133的影像。感測器120可以被配置成其光軸實質上係垂直於晶圓W的表面或以歪斜角度傾斜。感測器124基本上對映(mirrors)感測器120的配置且可以與晶圓W的下表面垂直或歪斜地配置。感測器122通常被配置成其光軸實質上在晶圓W的平面中。在一個實施例中,感測器122的光軸係配置成與晶圓W的邊緣130垂直 在另一實施例中,感測器122可以相對於晶圓邊緣130而被歪斜地配置。在這二種情況中,感測器122實質上保持在晶圓W的平面中,以使感測器122能夠拍攝晶圓邊緣130的上及下斜邊138、140等二者的影像。可以想到,感測器122也可以相對於晶圓邊緣130而成垂直或歪斜的關係被配置在晶圓W的平面之外,以使感測器122可以拍攝更多個上或下斜邊138、140於單一影像中。在本實施例中,可以設置一個以上的感測器122,以便同時拍攝更多個上或下斜邊138、140。
為了簡明起見,假設感測器120、122及124基本上係相同的;因此,將僅詳述感測器122。將適當地注意到感測器120、122、及124之間的差異。圖4示意顯示適用於本發明的感測器。注意,所示的感測器是所謂的區域掃描感測器,其拍攝二維影像。也能夠使用未顯示出之線掃描感測器配置。
在本實施例中,感測器122的相機123包含由透鏡150和152、及成像晶片154所組成的光學器件。這些元件一般係設於外殼156中。元件150-156一起整體構成相機。雖然僅顯示有二透鏡,但是,將可瞭解到,可以視應用而增減透鏡的數目及包含例如濾光器及極化器之額外的光學元件。在外殼156中,包含其它元件(未顯示出),例如用以拍攝來自成像晶片154的訊號及傳送它們給控制器110之電子裝置。
成像晶片154可為任何包含具有必需的像素數目、間距、及每秒框數(FPS)的CCD或CMOS晶片之適當裝置。在一個實施例中,成像晶片154可為CMOS BAYER晶片,其具有1280 x 720的原始解析度及>60fps的框速率(每秒框數)。另一實施例可以使用唯灰階CCD成像晶片154。又另一實施例可以包含三晶片彩色相機,其具有三個分開之CCD或CMOS配置的成像晶片154。
相機123的光學元件界定光學軸125。這些光學器件也界定視野、及景深127,視野為由相機所拍攝的影像之面積或大小。景深127是物體的一部份,在本情況中為聚焦的晶圓W之邊緣130。焦點有很多方式來予以界定,但是,為了本目的,在半導體晶圓W的邊緣130的檢查之此情況中,將「聚焦」界定為拍攝影像時具有足夠的清晰度或解析度之視野中可看見的物件(例如,晶圓W)的部份。
景深127之深度係藉由用以拍攝影像的光件來予以界定,並且可以藉由修改或更換相機123之光學器件的不同部份來修改景深127之深度。在一個實施例中,將相機123聚焦於晶圓邊緣130上的特定位置之動作牽涉到如箭頭129所示般沿著光軸125而移動透鏡150。習於此技藝者將瞭解沿著光軸而移動景深127的深度之其它方法,因此,為了簡明起見,將不對此多做說明。
如圖5所示,景深127可以以步進方式或連續地移動而通過實質上整個晶圓邊緣130,藉以拍攝實質上整個晶圓邊緣130的影像,影像均具有良好聚焦之至少部份晶圓邊緣130。整體而言,影像包含良好聚焦之實質上所有的晶圓邊緣130。理想上,吾人可以設計相機123之光學系統,而具有足夠大的景深127,使得在單一情況中,整個晶圓邊緣130可以被聚焦而成像。雖然這些光學器件是可能的,但是,它們被認為是太昂貴了。
照明晶圓W的邊緣130是困難的提案。大部份的晶圓W係由矽所製成,矽如同在裝置製造期間大部份施加至晶圓W之材料般是高度反射的。例如底部抗反射塗層(BARC)之其它材料會吸收大部份入射於其上的光。與晶圓邊緣的複雜幾何形狀一起考慮,這些變化一體適用於所有照明問題。
使用不同的照明方式以辨識晶圓W上不司型式的缺陷或特徵。亮視野照明以光在鏡面反射時被導引至成像器或由成像器收集之方式,將光導引至要被成像的表面上。在亮視野照明條件下,經由未被成像器所收集的進入光學路徑之入射光的散射,以取得影像之對比。因此,被成像的物體呈現明亮,而散射光的缺陷或不連續呈現陰暗,亦即相對於亮視野為暗的。暗視野照明以光在鏡面反射時被導引離開成像器之方式,將光導引至要被成像的表面上。在暗視野照明之下,藉由由成像器所收集的進入光學路徑之入射光的散射,以取得對比。在此設定中,因此,被成像的物體呈現陰暗而散射光之缺陷、粒子及其它不連續呈現明亮,亦即相對於暗視野為明亮的。
一般而言,亮視野照明係有用於照明其它鏡面反射晶圓W內的特徵及變化,例如層邊界、色彩變化等等,晶圓W一般具有平滑表面。暗視野照明係有用於照明不連續的或具有傾向於散射光之特徵的晶圓W中或上的特徵、粒子及變化。然後,將瞭解當要檢查晶圓邊緣130是否有碎片、裂痕、粒子、EBR線、及製程變動時,需要使用亮視野及暗視野照明的組合。
圖6及7顯示主要用於照明晶圓邊緣130的區域134之用於感測器122的照明系統160的一個實施例,晶圓邊緣130的區域134包含晶圓斜邊138和140,但是,如同下述將說明般,此照明器的漫射本質也會提供充分的照明給區域132和136,以供那些區域的成像部份使用。照明系統160包含漫射器162,漫射器162接收來自一或更多個光纖/導管源164的照明。如圖7所示,漫射器162係安裝於支架166上,以使孔徑167係位於晶圓邊緣130的
周圍附近。擋板168將漫射器162與來自光纖源164以外的源之照明相隔離。來自漫射器162的漫射光係入射於晶圓邊緣130上,以提供基本上為晶圓邊緣130的亮視野照明,但是,應瞭解到,入射光的漫射本質意指照明的某部份係以相對於感測器120、122或124之暗視野方式而入射於晶圓邊緣130上。
照明源164使用低損耗光導管或光纖而將光從與其耦合的適當光源直接傳送至漫射器162。在一個實施例中,源164的光纖(未顯示出)係藉由凸出部165而與漫射器162直接相接觸地設置,凸出部165本身係耦合至支架166。在其它實施例中,源164係位於緊鄰於漫射器162,以便將由源164所提供的所有光實質上引導至漫射器中,並且使被導入感測器122的環境中之雜散光的量達最小。
擋板168防止來自暗視野照明源的光入射至漫射器162,藉以提供系統之使用者而清楚地分開亮視野與暗視野照明通道。注意,雖然上述中界定暗視野照明,但是,為了簡明起見,並未說明實質上僅提供暗視野照明的照明器。習於此技藝者將很容易瞭解,只要入射光不被鏡面反射至被用來使晶圓W成像的感測器中,則暗視野照明可以以任何角度及方位角入射於晶圓W。在感測器120或124分別被用來使用暗視野照明以使區域132或136成像,而感測器122被用來使用來自漫射器162之亮視野而同時使晶圓邊緣130成像的情況中,擋板168係特別有用的。在感測器120和124的視野充分地接近感測器122的視野之情況中,雜散光的可能性增加且擋板168作用來截斷如此之光。在某些實施例中,雷射或高強度寬頻源(未顯示出)的形式之暗視野照明被導至感測器122的視野之內的晶圓邊緣130上。在本實施例中,亮視野及暗視野照明可能同時存在,且擋板168防止暗視野照明入射於漫射器162上。
圖7是來自側面之照明系統160的剖面照明。在孔徑167中接收晶圓W的邊緣130。由光纖源164提供給漫射器162的光被漫射器162以漫射、朗伯方式而被再發射且入射於晶圓邊緣130上。入射於晶圓邊緣130上之光的漫射本質造成本質上亮視野及暗視野之晶圓邊緣130的照明,但以亮視野型照明為主。在一個實施例中,晶圓邊緣130的影像係經由穿過它處的固體漫射器162的膛孔169而被徑向地朝向晶圓W之感測器122所拍攝。在另一實施例中,漫射器162是固體的且感測器在晶圓邊緣130以一角度朝向晶圓W的徑向,或者,如共同擁有且於此一併列入參考之美國專利申請號20070057164中所述般,照明系統160係配向成照明感測器122(及/或感測器120、124)的視野。
雖然由光纖源164所提供的照明會藉由漫射器162而被稍微衰減,但是,光纖源164能夠提供比足夠照明更多的高等級照明給感測器122,以拍攝晶圓邊緣130的影像。經過漫射器之照明的效率係如此而使得在其它漫射或反射基底上光吸收基底或光吸收材料的照明成為可能,而不會產生大量的雜散光,雜散光不利於由感測器122所拍攝的影像之品質。此外,源164允許例如弧燈、雷射、燈泡或其它源之光源(未顯示出)能夠位於遠離晶圓W被成像之位置,以便簡化系統設計及封裝。在某些實施例中,經由源164所提供給漫射器162的照明是單色的。在其它實施例中,光本質上是多色彩的。此外,可以設置提供一或更多個波長或多個波長的多個光源,以便將光導入源164中。
如同圖5中所可見般,感測器122(或感測器120或124)的景深可以不包含整個晶圓邊緣130。但是,使用影像融合技術,可以將多個選取的部份晶圓W的實質對準(對齊)影像連接,以提供具有高解析度的合成影像,其中,包含於影像中的晶圓邊緣130之實質上整體部份是適當聚焦的。連接處理會選取對齊影像組中實質上聚焦的每一個影像的部份,並將它們置於最終的合成影像中。
如圖8中所示,邊緣檢查系統100藉由拍攝晶圓邊緣130的影像並視需要而同時以步進方式或連續方式朝內或朝外移動景深127,而有助於形成晶圓邊緣130的合成影像。可以步進地旋轉晶圓130,以依序地實質呈現晶圓W的整個周圍。以停止再拍攝(stop-and-shoot)型式的配置,掃描周圍的每一個部份,或者,連續地旋轉晶圓且照明系統160以探針照明設計操作以便當晶圓旋轉時將晶圓的動作凍結,在每一個旋轉時拍攝各組對齊影像的一個影像。依此方式,實質上整個晶圓邊緣130適當聚焦地成像,但是,不同之適當聚焦的部份係散佈於對齊影像組之中。(步驟180)
有多種影像處理技術可用以數學式地辨識聚焦的影像之部份以及連接或結合聚焦的部份,以形成合成影像。這些技術中的某些技術包含線性重疊、非線性方法、最佳化方法、人工神經網絡、影像金字塔、子波轉換、及同類多解析度融合設計。(步驟182)
一旦形成晶圓之周圍的合成影像,則如同Pai等人申請之由本案申請人所共同擁有且於此一併列入參考的美國專利申請號20080013822中所述般,檢查這些影像,或者,如授予Sim等人之由本案申請人所共同擁有且於此一併列入參考的美國專利號6,947,588或7,366,344中所述般,檢查這些合成影像。(步驟184)注意,如同上述專利申請及專利中所述般,在步驟182所取得的多個合成影像可以在檢查處理期間於步驟184中被進一步壓縮。
如同Pai等人申請之由本案申請人所共同擁有且於此一併列入參考的美國專利申請號20080013822中所述般,找到及分析晶圓W的邊緣130處的EBR線是重要的工作。除了根據灰階強度以區別EBR線之外,需要使用顏色作為區別標誌以執行EBR線分析及檢查。在一個實施例,將這些影像解構以辨識影像中的個別像素之RGB、HSV、HSL、HIS或HSB(顏色測量刻度)值。
除了如上述專利申請號20080013822中所述般,使用邊緣上部感測器120所拍攝的影像以分析及檢查EBR線之外,也可以使用來自邊緣垂直感測器122拍攝的影像以分析EBR線。如同將瞭解般,不需要歸一化邊緣垂直影像以將其支撐件102上晶圓離心之可能性列入考慮,但是,需要考慮晶圓的周圍不容易完美地平坦且晶圓邊緣130的邊緣垂直影像將圍繞周圍垂直地「移動」等事實。但是,由於晶圓W的上及底表面提供具有相當高對比的良好參考,所以,一般的情況是由於邊緣垂直影像中,在晶圓上方或下方並無東西將光反射或散射,所以,在晶圓邊緣130的影像上方或下方之像素傾向於非常暗,因此,可以區別相對較亮的晶圓W,因而,使用簡單的臨界常式以辨識邊緣垂直影像中的晶圓W的上及下表面是簡單的事情。在上述申請號20080013822中述及的影像壓縮之前及之後,相鄰的影像可以彼此相對地調整。一旦此垂直歸一化完成時,使用灰階或色彩值來辨識晶圓的邊緣130上的EBR線。
發現彩色像素特徵是有用的一個理由為:晶圓邊緣130上,晶圓邊緣的顯著曲率可以造成顯著的線性特徵,這些線性特徵是晶圓的形狀及/或系統100的照明或光件之函數。相反地,大部份的EBR線呈現有用的色彩標誌,允許EBR線與晶圓W本身的幾何形狀特徵相區別。舉例而言,在某實施例中,EBR線將由具有特徵顏色之設於晶圓W上的某些材料層形成。由於在二個不同的有色材料之間的邊界處有明顯的色彩為基礎的梯度,所以,可以具有EBR線的更大解析度。
在另一實施例中,可以在灰階、RGB、HSV、HSL、HIS或HSB基礎上,達成EBR線的多個分析,接著進行比較以區別晶圓的原本幾何形狀與出現於晶圓的邊緣上的EBR線。依此方式,使用其它色域,可以辨識一個色域中無法確定的邊緣。舉例而言,色域的通道可以交互參考或是以其它方式彼此相關聯,以提供額外的解析度資訊。
當邊緣垂直影像可以提供關於EBR線是否延伸至晶圓邊緣130的頂點之下的資訊,所以,可以單獨地或與邊緣上部EBR分析相結合,而對邊緣法線執行EBR分析。注意,以真實的材料層或無材料層(例如,蝕刻劑或其它化學品改變現有的晶圓W的結構)來形成EBR線。關於此點,邊緣垂直影像可以提供關於污染源、裂痕、碎片或其它與晶圓有關的問題之額外的資訊。
雖然此處已顯示及說明的具體實施例,但是,在不違離本發明的範圍之下,習於此技藝者可以瞭解不同的替代及/或均等實施可以取代所示及說明的具體實施例。本申請案涵蓋此處所述的具體實施例之任何修改或變化。因此,本發明僅由後附申請專利範圍及其均等範圍之範圍所界定。
100...檢查系統
102...晶圓支撐件
104...平台機構
106...馬達
108...旋轉編碼器
110...控制器
120...感測器
121...相機
122...感測器
123...相機
124...感測器
125...相機
127...景深
130...邊緣
132...邊緣上部區
133...光阻層
133a...邊界
134...邊緣垂直區
136...邊緣底部區
138...上斜邊
140...下斜邊
142...第一光阻層
144...層
150...透鏡
152...透鏡
154...成像晶片
156...殼
160...照明系統
162...漫射器
164...光纖/導管源
165...凸出部
166...支架
167...孔徑
168...擋板
169...膛孔
W...晶圓
圖1顯示邊緣檢查系統。
圖2顯示晶圓邊緣的側視圖。
圖3是晶圓邊緣的上視圖。
圖4是感測器的視圖。
圖5是感測器及晶圓邊緣的側視圖,顯示景深變化
圖6是照明系統的等角圖。
圖7是照明晶圓邊緣的照明系統之剖面視圖。
圖8是邊緣檢查的方法之流程圖。
100...檢查系統
102...晶圓支撐件
104...平台機構
106...馬達
108...旋轉編碼器
120...感測器
121...相機
122...感測器
123...相機
124...感測器
125...相機
W...晶圓
Claims (4)
- 一種晶圓邊緣照明系統,包括:漫射器,具有槽形成於其中,用以容納晶圓邊緣,該漫射器係適以照射朗伯光至該晶圓邊緣上;至少一光源,係直接導引至該漫射器,且實質上沒有雜散光被發射出,並使得由該漫射器發射的光以漫射、朗伯方式入射到該晶圓邊緣上;平行的光擋板對,該光擋板對的每一個光擋板具有槽形成於其中,用於容納該晶圓邊緣,且每一光擋板係位於該漫射器的任一側,以防止雜散光接觸該漫射器,且防止雜散光逃離該漫射器,以使該漫射器為用以照明該晶圓的該邊緣之高效率光源。
- 如申請專利範圍第1項之照明系統,其中,該至少一光源為亮視野照明源,且其中,該系統又包含暗視野照明源,用以照明該晶圓邊緣的視野,且同時從該亮視野照明源,由該漫射器照明該晶圓邊緣,該等擋板作用來分開該等照明源。
- 如申請專利範圍第2項之照明系統,其中,該亮視野照明源及該暗視野照明源具有不同的波長。
- 如申請專利範圍第3項之照明系統,其中,在該亮視野照明源與該暗視野照明源之間實質上沒有任何耦合存在。
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