JP2005257769A - Optical thin film, optical element, exposure apparatus using same, and exposure method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光学薄膜を用いた光学素子に関するものである。 The present invention relates to an optical element using an optical thin film.
カメラや半導体縮小投影露光装置(以下ステッパー)や液晶プロジェクターなどの光学を利用した製品には、レンズや基板に光学薄膜を施すことで所望の光学特性を持たした光学素子が多く用いられている。そして、これら光学素子が製品の性能を大きく左右している。 2. Description of the Related Art In optical products such as cameras, semiconductor reduced projection exposure apparatuses (hereinafter referred to as steppers) and liquid crystal projectors, optical elements having desired optical characteristics by applying optical thin films to lenses and substrates are often used. These optical elements greatly influence the performance of the product.
これら光学素子のレンズや基板には様々な硝材が用いられている。その求められる特性やコストにより使い分けられている。その中で結晶質の硝材を用いる必要がある場合がある。 Various glass materials are used for lenses and substrates of these optical elements. They are properly used according to their required characteristics and cost. Among them, it may be necessary to use a crystalline glass material.
例えば、光源波長が紫外域であるArFエキシマレーザーやF2レーザーを用いるステッパーにおいては、そのレーザーの出力やフォトンエネルギーが大きいため、レンズや基板が光吸収を起こすことによる光量の低下や発熱による素子破壊が問題になることが多い。そのため、この光吸収を小さくするためにレンズや基板の硝材には、結晶質の蛍石などが用いられる。 For example, in a stepper using an ArF excimer laser or F 2 laser light source wavelength of the ultraviolet region, therefore the output and the photon energy of the laser is large, the lens and the substrate of the element due to the decrease and heat generation quantity by causing light absorption Destruction is often a problem. Therefore, in order to reduce this light absorption, crystalline fluorite or the like is used for the glass material of the lens or substrate.
また、カメラや天体望遠鏡などでも色収差の問題からレンズの硝材には結晶質の蛍石などが用いられることがある。 Moreover, crystalline fluorite or the like is sometimes used as the glass material of the lens in a camera or an astronomical telescope because of the problem of chromatic aberration.
このようなレンズや基板に結晶質の硝材を用いる場合に、光学特性などの点からその上に結晶質の光学薄膜が成膜されることがある。例えば特許文献1に記載されているような反射防止膜がその例である。基板とその基板上に成膜される薄膜が共に結晶質である場合、基板の原子面間隔と膜の原子面間隔の関係から薄膜の成長仕方が基板から大きく影響を受けることがある。例えば、岩塩上のAg膜のような基板方位に対して膜が、特定の方位に成長するエピタキシャル膜(岩塩上のAg膜の場合は(001)Ag//(001)NaCl)などがその代表例である。
When a crystalline glass material is used for such a lens or substrate, a crystalline optical thin film may be formed thereon from the viewpoint of optical characteristics. For example, an antireflection film as described in
これは結晶質の光学薄膜においても例外ではない。結晶質である基板に結晶質の光学薄膜を成膜する場合、基板と薄膜の原子面間隔の関係から、光学薄膜の持つ特性がその基板により大きく変化する。図9に特許文献1に記載されている反射防止膜を(111)蛍石基板と(110)蛍石基板に成膜した場合の特性の違いを示す。これを従来例1とし、その構成を下に示す。
This is no exception in crystalline optical thin films. When a crystalline optical thin film is formed on a crystalline substrate, the characteristics of the optical thin film vary greatly depending on the relationship between the atomic plane distances of the substrate and the thin film. FIG. 9 shows the difference in characteristics when the antireflection film described in
[従来例1]
基板:単結晶蛍石
第一層:0.10λのLaF3
第二層:0.30λのMgF2
第三層:0.25λのLaF3
第四層:0.24λのMgF2
媒質:空気
Substrate: Single crystal fluorite First layer: 0.10λ LaF 3
Second layer: 0.30λ MgF 2
Third layer: 0.25λ LaF 3
Fourth layer: 0.24λ MgF 2
Medium: Air
以上のように、上記従来例の反射防止膜などでは、結晶質の基板の成膜面における面方位の影響により、反射防止膜の特性が変化してしまうことがある。さらに、結晶質のレンズの場合は、レンズが曲率を有するためにレンズ面内において結晶面が同一ではなく、レンズ面内で反射特性が不均一となってしまう。このようなレンズ面内で反射特性が不均一である光学素子をカメラや半導体縮小投影露光装置などに用いると、その結像性能の低下を招いてしまう。 As described above, in the conventional antireflection film and the like, the characteristics of the antireflection film may change due to the influence of the plane orientation on the film formation surface of the crystalline substrate. Furthermore, in the case of a crystalline lens, since the lens has a curvature, the crystal surface is not the same in the lens surface, and the reflection characteristics are not uniform in the lens surface. If such an optical element having a non-uniform reflection characteristic within the lens surface is used in a camera, a semiconductor reduced projection exposure apparatus, or the like, the imaging performance is degraded.
そこで結晶質基板に結晶質の光学薄膜を形成する場合に、基板の面方位の状態による膜への影響を抑制するため、基板への第一層目に基板の面方位の影響を受けない非晶質膜を光学設計上の自由度を大きく失わない0.480〜0.520λ0の光学的膜厚分積層する。 Therefore, when a crystalline optical thin film is formed on a crystalline substrate, the first layer on the substrate is not affected by the surface orientation of the substrate in order to suppress the effect on the film due to the surface orientation of the substrate. The crystalline film is laminated by an optical film thickness of 0.480 to 0.520λ0 that does not largely lose the degree of freedom in optical design.
本発明を利用することで、基板やレンズが結晶質の硝材であってもその基板やレンズに光学特性が影響されることのない光学素子を製造することが可能となる。特に、レンズの場合はレンズ面内での光学特性の均一化に大きな効果を発揮する。そして、本発明の反射防止膜を用いると良好な光学特性を得ることも可能となる。 By utilizing the present invention, it is possible to manufacture an optical element whose optical characteristics are not affected by the substrate or lens even if the substrate or lens is a crystalline glass material. In particular, in the case of a lens, it has a great effect on making the optical characteristics uniform within the lens surface. Further, when the antireflection film of the present invention is used, good optical characteristics can be obtained.
以下に、本発明の実施形態としての一例として反射防止膜を示す。言うに及ばず、本発明はこの例に限定されるものではない。 Hereinafter, an antireflection film is shown as an example of the embodiment of the present invention. Needless to say, the present invention is not limited to this example.
本発明に係わる光学素子の一例としての反射防止膜は、図1に示すように結晶質基板1上に基板側から数えて第一層目として非晶質膜の低屈折率膜2、第二層目として結晶質膜の高屈折率膜3、第三層目として低屈折率膜4を積層した構成である。
As shown in FIG. 1, the antireflection film as an example of the optical element according to the present invention has an amorphous low
そして、第一層目の非晶質膜の膜厚は、光学設計上の自由度を大きく失わない光学的膜厚で0.5λ前後の0.480〜0.520λ0である。 And the film thickness of the amorphous film of the first layer is 0.480 to 0.520λ0, which is an optical film thickness that does not largely lose the degree of freedom in optical design.
ここで用いられる低屈折率層は、基板よりも屈折率が低いものであり、MgF2、AlF3、NaF、LiF、CaF2、SrF2、BaF2、Na3AlF6、SiO2、TbF3のいずれかかもしくはその混合物である。また、ここで用いられる高い屈折率層は、基板よりも屈折率が高いものであり、NdF3、LaF3、GdF3、DyF3、PbF3、SmF3、YbF3、ErF3のいずれかかもしくはその混合物である。 The low refractive index layer used here has a refractive index lower than that of the substrate, and is MgF 2 , AlF 3 , NaF, LiF, CaF 2 , SrF 2 , BaF 2 , Na 3 AlF 6 , SiO 2 , TbF 3. Or a mixture thereof. The high refractive index layer used here has a refractive index higher than that of the substrate, and is one of NdF 3 , LaF 3 , GdF 3 , DyF 3 , PbF 3 , SmF 3 , YbF 3 , and ErF 3 . Or a mixture thereof.
そして、基板への第一層目の非晶質膜の低屈折率膜はAlF3、SiO2、ThF3のいずれかかもしくはその混合物である。 The low refractive index film of the first amorphous film on the substrate is any one of AlF 3 , SiO 2 , ThF 3 or a mixture thereof.
これらの膜の成膜方法は真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法、イオンビームスパッタリング法、等の方法で好ましく成膜される。 These films are preferably formed by a method such as vacuum deposition, sputtering, ion plating, ion-assisted deposition, or ion beam sputtering.
また、本発明の反射防止膜の対象中心波長は、120〜200nmであるときに特に従来例に対してその効果が大きくなる。光の設計中心波長が165〜200nmではスパッタリング法か真空蒸着法、120〜165nmでは真空蒸着法が特に望ましい。 In addition, when the target center wavelength of the antireflection film of the present invention is 120 to 200 nm, the effect is particularly large with respect to the conventional example. Sputtering or vacuum deposition is particularly desirable when the design center wavelength of light is 165 to 200 nm, and vacuum deposition is particularly desirable when the wavelength is 120 to 165 nm.
以上の実施形態のような反射防止膜をレンズ、プリズム等の光学素子に適用することで、低反射高透過な光学素子が得られるばかりでなく、基板面内においてその光学特性が均一であり、その成膜において、その光学特性の再現性が基板に依らず十分に確保されるものが可能となる。 By applying the antireflection film as in the above embodiment to an optical element such as a lens or a prism, not only an optical element with low reflection and high transmission can be obtained, but also its optical characteristics are uniform within the substrate surface, In the film formation, it becomes possible to sufficiently ensure the reproducibility of the optical characteristics regardless of the substrate.
〈実施例〉
上記実施形態の具体的な実施例を以下に示す。
<Example>
Specific examples of the above embodiment will be described below.
本実施例1の反射防止膜は、図1のように基板1上に真空蒸着法を用いて低屈折率膜の層2、結晶質の高屈折率膜の層3、低屈折率膜の4を順次積層した構成である。基板硝材、膜材料、膜厚を以下に示す。
As shown in FIG. 1, the antireflective film of Example 1 is formed by applying a low refractive
[実施例1]
基板:単結晶蛍石
第一層:0.505λのAlF3
第二層:0.248λのGdF3
第三層:0.252λのMgF2
媒質:空気
λは対象中心波長で、ここではλ=157nmとしてある。単結晶蛍石基板、AlF3、GdF3、MgF2の屈折率は、それぞれ1.56,1.46,1.80,1.46である。
[Example 1]
Substrate: Single crystal fluorite First layer: 0.505λ AlF 3
Second layer: 0.248λ GdF 3
Third layer: 0.252λ MgF 2
Medium: Air λ is a target center wavelength, and here, λ = 157 nm. The refractive indexes of the single crystal fluorite substrate, AlF3, GdF3, and MgF2 are 1.56, 1.46, 1.80, and 1.46, respectively.
また実施例1の比較例として、同様な成膜プロセスを用いて以下のような反射防止膜を形成した。 As a comparative example of Example 1, the following antireflection film was formed using the same film forming process.
[比較例1]
基板:単結晶蛍石
第一層:0.10λのMgF2
第二層:0.30λのGdF3
第三層:0.25λのMgF2
媒質:空気
これらの反射特性を図2に示す。本実施例1の反射率の方が低減されており、入射角度が0°付近ではその値は0に近い。
[Comparative Example 1]
Substrate: Single crystal fluorite First layer: 0.10λ MgF 2
Second layer: 0.30λ GdF 3
Third layer: 0.25λ MgF 2
Medium: Air These reflection characteristics are shown in FIG. The reflectance of Example 1 is reduced, and the value is close to 0 when the incident angle is near 0 °.
また、これら例を(111)蛍石基板と(110)蛍石基板に成膜した場合の反射特性を図3に示す。比較例1では特性を異なるが、実施例1ではほぼ同じ特性であった。つまり、実施例1では基板の面方位に依らない光学特性を得られる。 In addition, FIG. 3 shows the reflection characteristics when these examples are formed on the (111) fluorite substrate and the (110) fluorite substrate. Although the characteristics were different in Comparative Example 1, the characteristics were almost the same in Example 1. That is, in Example 1, optical characteristics independent of the surface orientation of the substrate can be obtained.
本実施例2の反射防止膜は、図4のように基板1上に真空蒸着法を用いて低屈折率膜の層5、結晶質の高屈折率膜の層6、低屈折率膜の7を順次積層した構成である。基板硝材、膜材料、膜厚を以下に示す。
As shown in FIG. 4, the antireflective film of Example 2 is formed by using a vacuum deposition method on a
[実施例2]
基板:単結晶蛍石
第一層:0.520λのAlF3
第二層:0.257λのGdF3
第三層:0.257λのMgF2
媒質:空気
λは対象中心波長で、ここではλ=193nmとしてある。単結晶蛍石基板、AlF3、GdF3、MgF2の屈折率は、それぞれ1.55,1.42,1.70,1.42である。
[Example 2]
Substrate: Single crystal fluorite First layer: 0.520λ AlF 3
Second layer: 0.257λ GdF 3
Third layer: 0.257λ MgF 2
Medium: Air λ is a target center wavelength, and here, λ = 193 nm. The refractive indexes of the single crystal fluorite substrate, AlF 3 , GdF 3 , and MgF 2 are 1.55, 1.42, 1.70, and 1.42, respectively.
また実施例2の比較例として、同様な成膜プロセスを用いて以下のような反射防止膜を形成した。 As a comparative example of Example 2, the following antireflection film was formed using the same film forming process.
[比較例2]
基板:単結晶蛍石
第一層:0.550λのAlF3
第二層:0.275λのGdF3
第三層:0.275λのMgF2
媒質:空気
これらの反射特性を図5に示す。本実施例2の反射率がより低く、入射角度が0°付近ではその値は0に近い。また、これらの例を実際のステッパーに展開した場合を考えてみる。ステッパーはレンズ枚数が非常に多い。例えばレンズ枚数が100枚とすると、反射防止膜の面数は200枚になる。反射防止膜の反射率が0.1%であっても、(0.999)200で約20%の光量の低下となってしまう。また、これらの反射光は迷光となり、フレアーやゴーストの原因となってしまう。よって、ステッパーにおける高い露光性能を実現するにはたとえ0.1%でも低い反射特性が良い。実施例2はステッパー用の光学素子として見ても十分に低い反射特性を有している。
[Comparative Example 2]
Substrate: Single crystal fluorite First layer: 0.550λ AlF 3
Second layer: 0.275λ GdF 3
Third layer: 0.275λ MgF 2
Medium: Air These reflection characteristics are shown in FIG. In Example 2, the reflectance is lower, and the value is close to 0 when the incident angle is near 0 °. Also consider the case where these examples are developed in an actual stepper. Steppers have a very large number of lenses. For example, when the number of lenses is 100, the number of antireflection films is 200. Even if the reflectance of the antireflection film is 0.1%, the light quantity is reduced by about 20% at (0.999) 200 . In addition, these reflected lights become stray light and cause flare and ghost. Therefore, low reflection characteristics are good even at 0.1% in order to realize high exposure performance in the stepper. Example 2 has sufficiently low reflection characteristics even when viewed as an optical element for a stepper.
また、これら例を(111)蛍石基板と(110)蛍石基板に成膜した場合の反射特性を図6に示す。比較例2では特性を異なるが、実施例2ではほぼ同じ特性であった。つまり、実施例2では基板の面方位に依らない光学特性を得られる。 FIG. 6 shows the reflection characteristics when these examples are formed on the (111) fluorite substrate and the (110) fluorite substrate. Although the characteristics were different in Comparative Example 2, the characteristics were almost the same in Example 2. That is, in Example 2, optical characteristics independent of the surface orientation of the substrate can be obtained.
本実施例3の反射防止膜は、図4のように基板1上に真空蒸着法を用いて低屈折率膜の層5、結晶質の高屈折率膜の層6、低屈折率膜の7を順次積層した構成である。基板硝材、膜材料、膜厚を以下に示す。
As shown in FIG. 4, the antireflection film of Example 3 is formed by using a vacuum deposition method on the
[実施例3]
基板:単結晶蛍石
第一層:0.480λのAlF3
第二層:0.244λのLaF3
第三層:0.244λのMgF2
媒質:空気
λは対象中心波長で、ここではλ=157nmとしてある。単結晶蛍石基板、AlF3、GdF3、MgF2の屈折率は、それぞれ1.56,1.46,1.80,1.46である。
[Example 3]
Substrate: Single crystal fluorite First layer: 0.480λ AlF 3
Second layer: LaF 3 of 0.244λ
Third layer: 0.244λ MgF 2
Medium: Air λ is a target center wavelength, and here, λ = 157 nm. The refractive indexes of the single crystal fluorite substrate, AlF3, GdF3, and MgF2 are 1.56, 1.46, 1.80, and 1.46, respectively.
また実施例3の比較例として、同様な成膜プロセスを用いて以下のような反射防止膜を形成した。 As a comparative example of Example 3, the following antireflection film was formed using the same film forming process.
[比較例3]
基板:単結晶蛍石
第一層:0.460λのMgF2
第二層:0.234λのLaF3
第三層:0.234のMgF2
媒質:空気
これらの反射特性を図7に示す。本実施例3の反射率がより低く、入射角度が0°付近ではその値は0に近い。また、これらの例を実際のステッパーに展開した場合を考えてみる。ステッパーはレンズ枚数が非常に多い。例えばレンズ枚数が100枚とすると、反射防止膜の面数は200枚になる。反射防止膜の反射率が0.1%であっても、(0.999)200で約20%の光量の低下となってしまう。また、これらの反射光は迷光となり、フレアーやゴーストの原因となってしまう。よって、高いステッパー露光性能を実現するにはたとえ0.1%でも低い反射特性が良い。実施例3はステッパーの光学素子としても十分に低い反射特性を有している。
[Comparative Example 3]
Substrate: Single crystal fluorite First layer: 0.460λ MgF 2
Second layer: 0.234λ LaF 3
Third layer: 0.234 MgF 2
Medium: Air These reflection characteristics are shown in FIG. In Example 3, the reflectance is lower, and the value is close to 0 when the incident angle is near 0 °. Also consider the case where these examples are developed in an actual stepper. Steppers have a very large number of lenses. For example, when the number of lenses is 100, the number of antireflection films is 200. Even if the reflectance of the antireflection film is 0.1%, the light quantity is reduced by about 20% at (0.999) 200 . In addition, these reflected lights become stray light and cause flare and ghost. Therefore, in order to achieve high stepper exposure performance, low reflection characteristics are good even at 0.1%. Example 3 has sufficiently low reflection characteristics as an optical element of a stepper.
また、これら例を(111)蛍石基板と(110)蛍石基板に成膜した場合の反射特性を図8に示す。比較例3では特性を異なるが、実施例3ではほぼ同じ特性であった。つまり、実施例3では基板の面方位に依らない光学特性を得られる。 In addition, FIG. 8 shows the reflection characteristics when these examples are formed on the (111) fluorite substrate and the (110) fluorite substrate. Although the characteristic was different in Comparative Example 3, the characteristic was almost the same in Example 3. That is, in Example 3, optical characteristics independent of the surface orientation of the substrate can be obtained.
<露光装置の実施例>
次に、本発明の光学薄膜を有する光学素子を半導体露光装置に適用した場合の実施例を示す。
<Example of exposure apparatus>
Next, an example in which the optical element having the optical thin film of the present invention is applied to a semiconductor exposure apparatus will be described.
図10において、10は光軸、20は真空紫外領域の波長157nmの光を発生する光源、30は開口絞り30Aを備える照明光学系、40はレチクルMを載置するステージ、50は開口絞り50Aを備える投影光学系、60はウエハWを載置するステージを示す。光源20からの光が照明光学系30を介してレチクルMに照射せしめられ、投影光学系50によりレチクルMのデバイスパターンの像がウエハW上に投影される。
In FIG. 10, 10 is an optical axis, 20 is a light source that generates light having a wavelength of 157 nm in the vacuum ultraviolet region, 30 is an illumination optical system including an
本実施例の投影露光装置は、照明光学系30と投影光学系50のそれぞれにおいて本発明の光学薄膜を有するレンズにより光学系が形成されている。上記レンズによって光学系を構成したことにより、優れた光学特性を実現している。
In the projection exposure apparatus of the present embodiment, the optical system is formed by the lens having the optical thin film of the present invention in each of the illumination
<デバイス製造方法の実施例>
次に、上記図10の投影露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。
<Example of Device Manufacturing Method>
Next, an embodiment of a device manufacturing method using the projection exposure apparatus shown in FIG. 10 will be described.
図11は半導体デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネルやCCD)の製造フローを示す。ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ2(マスク製作)では設計した回路パターンを形成したマスク(レチクル)を製作する。一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハとを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4よって作成されたウエハを用いてチップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を含む。ステップ6(検査)ではステップ5で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
FIG. 11 shows a manufacturing flow of a semiconductor device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel or a CCD). In step 1 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed. In step 2 (mask production), a mask (reticle) on which the designed circuit pattern is formed is produced. On the other hand, in step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the prepared mask and wafer. The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process for forming a chip using the wafer created in
図12は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12ではウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打ち込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)ではウエハにレジスト(感材)を塗布する。ステップ16(露光)では上記投影露光装置によってマスクの回路パタ−ンの像でウエハを露光する。ステップ17(現像)では露光したウエハを現像する。ステップ18(エッチング)では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ19(レジスト剥離)ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらステップを繰り返し行なうことによりウエハ上に回路パタ−ンが形成される。 FIG. 12 shows a detailed flow of the wafer process. In step 11 (oxidation), the wafer surface is oxidized. In step 12, an insulating film is formed on the surface of the wafer. In step 13 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. In step 15 (resist process), a resist (sensitive material) is applied to the wafer. Step 16 (exposure) uses the projection exposure apparatus to expose a wafer with an image of the circuit pattern of the mask. In step 17 (development), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), portions other than the developed resist are removed. In step 19 (resist stripping), unnecessary resist after etching is removed. By repeating these steps, a circuit pattern is formed on the wafer.
本実施例の製造方法を用いれば、従来は難しかった高集積度のデバイスを製造することが可能になる。 By using the manufacturing method of this embodiment, it becomes possible to manufacture a highly integrated device, which has been difficult in the past.
1 基板
2 低屈折率層
3 高屈折率層
4 低屈折率層
5 低屈折率層
6 高屈折率層
7 低屈折率層
20 露光光源
30 照明光学系
40 レチクルステージ
50 投影光学系
60 ウエハステージ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
5. The multilayer film according to claim 4, wherein λ0 is a design center wavelength, the optical film thickness of the first layer on the substrate is 0.480 to 0.520 λ0, and the optical film thickness of the second layer. Is a high refractive index film having a thickness of 0.240 to 0.260λ0, and a low refractive index film having an optical thickness of the third layer of 0.240 to 0.260λ0.
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