JP2015191895A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理不良の抑止及び処理液消費量の削減を実現することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係る基板処理装置１は、基板Ｗの表面に処理液を供給する液供給部６と、その液供給部６により処理液が供給されている基板Ｗの表面温度を検出する温度検出部７と、その温度検出部７により検出された表面温度が所定温度に達したか否かを判断する温度監視部９と、その温度監視部９により表面温度が所定温度に達したと判断された場合、液供給部６に処理液の供給を停止させる制御部１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。

基板処理装置は、半導体や液晶パネルなどの製造工程において、ウェーハや液晶基板などの基板の表面に処理液（例えば、エッチング液やリンス液など）を供給して基板表面を処理する装置である。この基板処理装置の中には、基板を水平状態で回転させ、ノズルから基板表面の略中央に処理液を供給し、その処理液を回転の遠心力によって基板表面に広げるスピン処理を行う装置が開発されている。

特開２００３−１７４６１号公報

しかしながら、前述の基板処理装置において、基板表面からの処理液の排出が不完全であり、処理液が基板表面に残留すると、基板表面の処理均一性（例えば、エッチング処理やリンス処理などの処理均一性）が悪化し、あるいは、汚れやシミなどのステインが発生するため、処理不良が生じてしまう。また、処理液が過剰に供給されることがあり、処理液の消費量が増加してしまう。このようなことから、処理不良の抑止及び処理液消費量の削減が求められている。

本発明が解決しようとする課題は、処理不良の抑止及び処理液消費量の削減を実現することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することである。

実施形態に係る基板処理装置は、基板の表面に処理液を供給する液供給部と、液供給部により処理液が供給されている基板の表面温度を検出する温度検出部と、温度検出部により検出された表面温度が所定温度に達したか否かを判断する温度監視部と、温度監視部により表面温度が所定温度に達したと判断された場合、液供給部に処理液の供給を停止させる制御部とを備える。

実施形態に係る基板処理方法は、基板の表面に処理液を供給する工程と、処理液が供給されている基板の表面温度を検出する工程と、検出した表面温度が所定温度に達したか否かを判断する工程と、表面温度が所定温度に達したと判断した場合、処理液の供給を停止する工程とを有する。

本発明によれば、処理不良の抑止及び処理液消費量の削減を実現することができる。

実施の一形態に係る基板処理装置の概略構成を示す図である。 実施の一形態に係るリンス液供給時の基板の表面温度分布を説明するための説明図である。 実施の一形態に係る基板処理の流れを示すフローチャートである。

実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、実施の一形態に係る基板処理装置１は、処理室となる処理ボックス２と、その処理ボックス２内に設けられたカップ３と、そのカップ３内で基板Ｗを水平状態で支持する支持部４と、その支持部４を水平面内で回転させる回転機構５と、支持部４上の基板Ｗの表面に処理液を供給する液供給部６と、処理液供給時の基板Ｗの表面温度を検出する温度検出部７と、その温度検出部７を支持する支持機構８と、処理液供給時の基板Ｗの温度を監視する温度監視部９と、処理不良を報知する報知部１０と、各部を制御する制御部１１とを備えている。

カップ３は、円筒形状に形成されており、支持部４を周囲から囲んで内部に収容する。カップ３の周壁の上部は径方向の内側に向かって傾斜しており、支持部４上の基板Ｗが露出するように開口している。このカップ３は、回転する基板Ｗ上から流れ落ちた処理液や飛散した処理液を受け取る。なお、カップ３の底部には、受け取った処理液を排出する排出管（図示せず）が接続されている。

支持部４は、カップ３内の略中央に位置付けられ、水平面内で回転可能に設けられている。この支持部４は、ピンなどの支持部材４ａを複数有しており、これらの支持部材４ａによってウェーハや液晶基板などの基板Ｗを着脱可能に保持する。

回転機構５は、支持部４に連結された回転軸やその回転軸を回転させるモータ（いずれも図示せず）などを有している。この回転機構５は、モータの駆動により回転軸を介して支持部４を回転させる。回転機構５は制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。

液供給部６は、支持部４上の基板Ｗの表面に処理液をそれぞれ供給する複数のノズル６ａ及び６ｂと、それらのノズル６ａ及び６ｂを支持部４上の基板Ｗの表面に沿って移動させる移動機構６ｃと、各ノズル６ａ及び６ｂに処理液を提供する液提供部６ｄとを備えている。

各ノズル６ａ及び６ｂは、支持部４上の基板Ｗの表面上方であってその表面の中心付近に位置するように設けられている。第１のノズル６ａは、液提供部６ｄから提供されたエッチング液を回転中の支持部４上の基板Ｗの表面上方からその表面に向けて吐出する。また、第２のノズル６ｂは、液提供部６ｄから提供されたリンス液を回転中の支持部４上の基板Ｗの表面上方からその表面に向けて吐出する。

なお、図１では、ノズル本数は二本となっているが、この本数は例示であり、特に限定されるものではない。また、ノズルは処理液の種類ごとに一本設けられているが、これに限るものではなく、一種類に二本など複数本設けられても良く、この本数は特に限定されるものではない。

移動機構６ｃは、各ノズル６ａ及び６ｂを保持するアーム２１と、そのアーム２１を水平面内で回転可能にその一端部を支持する支柱２２とにより構成されている。アーム２１は支柱２２を中心として支持部４上の基板Ｗの表面に沿って回転するため、そのアーム２１が支持するノズル６ａ及び６ｂも基板Ｗの表面に沿って移動することになる。例えば、移動機構６ｃは、支持部４上の基板Ｗの表面略中央に対向する処理位置と、その処理位置から退避して支持部４上の基板Ｗの搬入や搬出を可能とする待機位置とに各ノズル６ａ及び６ｂを移動させる。この移動機構６ｃは制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。

液提供部６ｄは、液量を調整する調整弁となるバルブ３１及び３２、さらに、処理液を貯留するタンクや駆動源となるポンプ（いずれも図示せず）などを備えている。この液提供部６ｄは、各バルブ３１及び３２を開状態とし、ポンプの駆動により各ノズル６ａ及び６ｂに処理液（エッチング液やリンス液）を与える。液提供部６ｄは制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が制御部１１により制御される。このため、各バルブ３１及び３２の個々の開口量が制御部１１により制御されることになる。

なお、エッチング処理液としては、例えば、フッ酸や硝酸などを含む各種の薬液を用いることが可能であり、リンス液としては、例えば、純水や超純水などの各種の液体を用いることが可能である。

温度検出部７は、基板Ｗの表面温度を検出する検出部（例えば、熱感知機器）であり、支持部４上の基板Ｗの表面上方にその表面温度を検出することが可能になる位置に設けられている。この温度検出部７は温度監視部９に電気的に接続されており、検出した基板Ｗの表面温度を温度監視部９に伝える。温度検出部７としては、基板Ｗの表面温度分布を検出するサーモグラフィを用いることが可能であり、さらに、サーモグラフィに替えて複数の非接触式温度計（例えば、非接触放射温度計）や接触式温度計などを用いることも可能である。なお、基板Ｗの表面温度分布を検出する必要が無い場合もあり、温度検出部７として非接触式温度計又は接触式温度計を一つだけ用いることも可能である（詳しくは、後述する）。

この温度検出部７は、例えば、図２に示すような基板Ｗの表面温度分布を検出する。この温度分布は、常温（例えば、２０℃）のリンス液が基板Ｗの表面上に供給された直後の温度分布である。その後、リンス液の供給が継続されると、基板Ｗの表面温度分布は徐々にリンス液の温度（常温）で均一になっていく。このとき、リンス液がノズル６ｂから供給される基板Ｗの表面上の供給位置（供給点）Ａ１は、基板Ｗの略中央（中央付近）である。基板Ｗの供給位置Ａ１の周辺の表面温度は２０℃程度となり、基板Ｗの最外周部（最外縁部）の一部の温度は１０５℃となっている。この１０５℃の温度を有する箇所は、前工程のエッチング処理により残留したエッチング液の反応熱によって温度が高くなっている箇所、すなわちリンス液によるリンス処理、例えばリンス液の供給が不十分で、エッチング処理が進行している個所である。

図１に戻り、支持機構８は、温度検出部７を保持するアーム８ａと、そのアーム８ａを支持する支柱８ｂとにより構成されている。アーム８ａ及び支柱８ｂは、各ノズル６ａ及び６ｂからの処理液の供給を妨げない位置に設けられ、温度検出部７を支持部４上の基板Ｗの表面温度を検出することが可能となるように保持している。なお、基板Ｗの搬入や搬出にアーム８ａが邪魔となる場合には、アーム８ａを旋回させる旋回機構を設け、基板Ｗの搬入や搬出時に旋回機構によりアーム８ａを邪魔にならない位置に移動させるようにしても良い。

温度監視部９は、エッチング処理やリンス処理などの基板処理時に温度検出部７により検出された基板Ｗの表面温度を監視し、必要に応じて制御部１１に監視結果を伝える。例えば、エッチング処理又はリンス処理時には、基板Ｗの表面温度が所定のエッチング設定温度又はリンス設定温度に達したか否かを判断し、その判断結果を制御部１１に伝える。エッチング処理時の判断には、基板Ｗの表面温度として、表面温度分布のうち一番低い温度を用い、その一番低い温度が所定のエッチング設定温度（例えば、１００℃）に達したか否かを判断する。一方、リンス処理時の判断には、基板Ｗの表面温度として、表面温度分布のうち一番高い温度を用い、その一番高い温度が所定のリンス設定温度（例えば、２０℃）に達したか否かを判断する。

なお、前述の判断に用いる温度としては、基板Ｗの表面温度分布のうち一番低い温度や一番高い温度を用いること以外にも、基板Ｗの表面温度分布の平均値を取り、その平均値を用いても良い。また、基板Ｗの表面において、エッチング処理やリンス処理などの基板処理が不十分となる箇所（例えば、基板Ｗの最外周部の一部）が実験や経験などから判明している場合には、その箇所の表面温度を検出するように温度検出部７として非接触式温度計又は接触式温度計を設け、検出した表面温度を前述の判断に用いるようにしても良い。また、基板処理が不十分となる箇所が複数存在する場合には、それらの箇所の表面温度を検出するように非接触式温度計又は接触式温度計を複数設け、検出した複数の表面温度のうち一番高い温度や一番低い温度を用いたり、あるいは、それら表面温度の平均値を用いたりしても良い。

報知部１０は、エッチング処理やリンス処理が不良である場合、その処理不良の発生をユーザに報知する。この報知部１０としては、例えば、ランプやブザーなどの警報器、文字を表示する表示部及び音声を出力する音声出力部などを用いることが可能である。

制御部１１は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータと、基板処理に関する基板処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部（いずれも図示せず）とを備えている。この制御部１１は、基板処理情報や各種プログラムに基づいて回転機構５や液供給部６などを制御し、回転中の支持部４上の基板Ｗの表面に対し、液提供部６ｄから提供される処理液（エッチング液又はリンス液）を各ノズル６ａ及び６ｂのどちらか一方から供給する制御を行う。

次に、前述の基板処理装置１が行う基板処理の流れについて図３を参照して説明する。

図３に示すように、エッチング処理において、ノズル６ａから回転中の支持部４上の基板Ｗの表面へのエッチング液の供給が開始され（ステップＳ１）、基板Ｗの表面の温度監視が温度監視部９によって開始される（ステップＳ２）。なお、基板Ｗの表面温度は温度検出部７により常時検出されているが、ステップＳ２の温度監視の開始から検出温度が監視されることになる。

ステップＳ１において、エッチング液の供給が開始されると、ノズル６ａから基板中心付近に供給されたエッチング液は遠心力によって基板周縁部へと流れていく。これにより、エッチング処理中、基板Ｗの表面はエッチング液によって覆われることになる。このときの基板Ｗの表面温度が温度検出部７により検出され、温度監視部９に入力される。

ステップＳ２の後、エッチング液供給開始からの経過時間が所定のエッチング設定時間（例えば、数分）内であるか否かが制御部１１により判断され（ステップＳ３）、経過時間が所定のエッチング設定時間内であると判断されると（ステップＳ３のＹＥＳ）、検出温度が所定のエッチング設定温度（例えば、１００℃）以上であるか否かが温度監視部９により判断される（ステップＳ４）。なお、エッチング設定時間がエッチング処理時の処理設定時間であり、予めユーザによって設定されている。

ステップＳ４において、検出温度が所定のエッチング設定温度以上でないと判断されると（ステップＳ４のＮＯ）、エッチング処理が継続され、処理フローがステップＳ３に戻される。このステップＳ３において、経過時間が所定のエッチング設定時間内でない、つまり、エッチング処理が終了したと判断された場合には（ステップＳ３のＮＯ）、振り切り乾燥などの基板乾燥後に基板Ｗの回転が制御部１１により停止され、所定のエッチング設定時間内に検出温度が所定のエッチング設定温度以上とならなかったため（すなわち、エッチング液が基板Ｗの表面全体に十分に行き渡らなかったため）、エッチング処理不良が発生した旨の警告が報知部１０により報知される（ステップＳ５）。

ここで、ステップＳ４では、温度監視部９により監視されている検出温度として、表面温度分布のうち一番低い温度が用いられ、その一番低い温度が所定のエッチング設定温度以上であるか否かが判断される。この判断により、エッチング処理の完了タイミングを把握することが可能になる。すなわち、一番低い温度が所定のエッチング設定温度以上になるということは、基板Ｗの表面全体にエッチング液が十分に行き渡り、その基板Ｗの表面全体で十分な反応（反応熱）が生じて表面全体が均一に処理され、基板Ｗの表面全体でエッチング処理が完了したことを示す。

ステップＳ４において、検出温度が所定のエッチング設定温度以上であると判断された場合には（ステップＳ４のＹＥＳ）、エッチング処理からリンス処理への切り替えが行われ、すなわち、エッチング液の供給が制御部１１により停止されてリンス液の供給が開始される（ステップＳ６）。

ステップＳ６において、リンス液の供給が開始されると、ノズル６ｂから基板中心付近に供給されたリンス液は遠心力によって基板周縁部へと流れていく。これにより、リンス処理中、基板Ｗの表面はリンス液によって覆われることになる。このときの基板Ｗの表面温度が温度検出部７により検出され、温度監視部９に入力される。

ステップＳ６の後、リンス液供給開始からの経過時間が所定のリンス設定時間（例えば、３０秒）内であるか否かが制御部１１により判断され（ステップＳ７）、経過時間が所定のリンス設定時間内であると判断されると（ステップＳ７のＹＥＳ）、検出温度が所定のリンス設定温度（例えば、２０℃）以下であるか否かが温度監視部９により判断される（ステップＳ８）。なお、リンス設定時間がリンス処理時の処理設定時間であり、予めユーザによって設定されている。

ステップＳ８において、検出温度が所定のリンス設定温度以下でないと判断されると（ステップＳ８のＮＯ）、リンス処理が継続され、処理フローがステップＳ７に戻される。このステップＳ７において、経過時間が所定のリンス設定時間内でない、つまり、リンス処理が終了したと判断された場合には（ステップＳ７のＮＯ）、振り切り乾燥などの基板乾燥後に基板Ｗの回転が制御部１１により停止され、所定のリンス設定時間内に検出温度が所定のリンス設定温度以下とならなかったため（すなわち、リンス液が基板Ｗの表面全体に十分に行き渡らなかったため）、リンス処理不良が発生した旨の警告が報知部１０により報知される（ステップＳ５）。

ここで、ステップＳ８では、温度監視部９により監視されている検出温度として、表面温度分布のうち一番高い温度が用いられ、その一番高い温度が所定のリンス設定温度以下であるか否かが判断される。この判断により、リンス処理の完了タイミングを把握することが可能になる。すなわち、一番高い温度が所定のリンス設定温度以下になるということは、基板Ｗの表面全体にリンス液が十分に行き渡って表面全体が均一に処理され、その基板Ｗの表面全体でリンス処理が完了したことを示す。

ステップＳ８において、検出温度が所定のリンス設定温度以下であると判断された場合には（ステップＳ８のＹＥＳ）、リンス処理の終了、すなわち、リンス液の供給が制御部１１により停止され（ステップＳ９）、さらに、温度監視部９による温度監視が停止され（ステップＳ１０）、振り切り乾燥などの基板乾燥後に基板Ｗの回転が制御部１１により停止される（ステップＳ１１）。

このような基板処理によれば、エッチング処理時、基板Ｗの表面に対するエッチング液の供給が基板Ｗの表面温度に応じて停止される。また、リンス処理時にも、基板Ｗの表面に対するリンス液の供給が基板Ｗの表面温度に応じて停止される。このため、エッチング処理及びリンス処理の処理完了タイミングが最適となり、処理に必要となる適量の処理液が基板Ｗの表面上に供給されることになる。

詳述すると、エッチング処理では、適量のエッチング液が基板Ｗの表面全体に行き渡り、基板Ｗの表面全体で十分な反応（反応熱）が生じ、その基板Ｗの表面全体が均一に処理されることになる。このため、エッチング液の不足や残留などによる基板Ｗのエッチング処理均一性の悪化、さらに、汚れやシミなどのステインの発生を抑止することができる。加えて、適量のエッチング液が供給されるため、エッチング液の消費量を削減することができる。

また、リンス処理では、適量のリンス液が基板Ｗの表面全体に行き渡り、基板Ｗの表面全体が均一に処理されることになる。このため、リンス液の不足や前工程のエッチング液の残留による基板Ｗのリンス処理均一性の悪化、さらに、汚れやシミなどのステインの発生を抑止することができる。加えて、適量のリンス液が供給されるため、リンス液の消費量を削減することができる。

また、前述のようなエッチング処理やリンス処理において、処理不良が発生すると、その処理不良の発生がユーザに報知されるため、ユーザは処理不良の発生を把握することが可能になる。これにより、ユーザは処理不良を判定するために製品を検査する必要が無くなるので、ユーザの利便性を向上させることができ、さらに、検査時間の削減や検査精度の向上を達成することができる。

以上説明したように、実施の一形態によれば、ノズル６ａ又は６ｂにより処理液（例えば、エッチング液又はリンス液）が供給されている基板Ｗの表面温度を検出し、その検出した表面温度が所定温度に達した場合、ノズル６ａ又は６ｂの処理液供給を停止することによって、処理完了タイミングが適切となり、処理に必要となる適量の処理液が基板Ｗの表面上に供給されることになる。このため、処理液の不足や残留などにより基板Ｗの表面の処理均一性が悪化すること、あるいは、汚れやシミなどのステインが発生することを抑止することが可能となる。また、過剰な処理液の供給が行われないため、処理液の消費量の増加を抑止することが可能となる。このようにして、処理不良の抑止及び処理液消費量の削減を実現することができる。

（他の実施形態）
前述の実施形態においては、基板Ｗを枚葉処理によって処理しているが、これに限るものではなく、バッチ処理によって処理するようにしても良い。このバッチ処理を行う場合、各種の温度検出部７を用いることが可能であるが、基板Ｗが重なるように近い距離で並ぶ場合には、温度検出部７として接触式温度計を用い、その接触式温度計を基板Ｗごとにその表面に直接設けるようにすることが望ましい。なお、バッチ処理時には、基板Ｗが漬けられる処理液を貯留する貯留槽（貯留部）が、基板Ｗの表面に処理液を供給する液供給部として機能する。なお、基板Ｗの表面への処理液供給を停止する場合には、基板取出機構を制御して貯留槽から基板Ｗを取り出したり、あるいは、排出弁を制御して貯留槽内の処理液を排出したりする。

また、前述の実施形態においては、処理中に各ノズル６ａ及び６ｂを移動機構６ｃにより移動させていないが、これに限るものではなく、例えば、処理中に基板Ｗの表面温度に応じて各ノズル６ａ及び６ｂを移動機構６ｃにより移動させるようにしても良い。一例として、エッチング処理時には、基板Ｗの表面温度が他の箇所に比べて最も低い箇所に対向するようにノズル６ａを移動させたり、また、リンス処理時には、基板Ｗの表面温度が他の箇所に比べて最も高い箇所に対向するようにノズル６ｂを移動させたりする。このような場合には、エッチング処理やリンス処理の処理時間を短縮することが可能となるため、処理不良の抑止を実現しつつ、処理液の消費量をさらに削減することができる。

また、前述の実施形態においては、検出温度が所定の設定時間内に所定の設定温度に達しない場合に、エッチング処理又はリンス処理を停止して警告の報知を行っているが、これに限るものではなく、例えば、警告の報知を行わず、検出温度が設定温度に達するまで処理を継続するようにしても良い。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 基板処理装置
６ 液供給部
６ａ ノズル
６ｂ ノズル
６ｄ 液提供部
６ｃ 移動機構
７ 温度検出部
９ 温度監視部
１０ 報知部
１１ 制御部
Ｗ 基板

Claims (8)

1. 基板の表面に処理液を供給する液供給部と、
   前記液供給部により前記処理液が供給されている前記基板の表面温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部により検出された前記表面温度が所定温度に達したか否かを判断する温度監視部と、
   前記温度監視部により前記表面温度が前記所定温度に達したと判断された場合、前記液供給部に前記処理液の供給を停止させる制御部と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記液供給部は、前記処理液としてエッチング液及びリンス液をそれぞれ供給し、
   前記温度検出部は、前記液供給部により前記エッチング液が供給されている前記基板の表面温度を検出し、
   前記制御部は、前記温度監視部により前記表面温度が前記所定温度に達したと判断された場合、前記液供給部に前記エッチング液の供給を停止させ、次に前記リンス液の供給を開始させることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記液供給部は、前記基板の表面に前記処理液を供給するノズルを有しており、
   前記温度検出部は、前記基板の表面温度分布を検出し、
   前記温度検出部により検出された前記表面温度分布に応じて、前記基板に対する前記処理液の供給位置を変えるように前記ノズルを移動させる移動機構と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記温度監視部により前記表面温度が前記所定温度に達していないと判断された場合であって、前記処理液の供給開始から所定の処理設定時間が経過した場合、処理不良の発生を報知する報知部をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 基板の表面に処理液を供給する工程と、
   前記処理液が供給されている前記基板の表面温度を検出する工程と、
   検出した前記表面温度が所定温度に達したか否かを判断する工程と、
   前記表面温度が前記所定温度に達したと判断した場合、前記処理液の供給を停止する工程と、
   を有することを特徴とする基板処理方法。
6. 前記処理液を供給する工程では、前記処理液としてエッチング液を供給し、
   前記エッチング液の供給を停止した場合、前記基板の表面にリンス液を供給する工程と、
   前記リンス液が供給されている前記基板の表面温度を検出する工程と、
   検出した、前記リンス液が供給されている前記基板の表面温度が所定温度に達したか否かを判断する工程と、
   前記表面温度が前記所定温度に達したと判断した場合、前記リンス液の供給を停止する工程と、
   をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の基板処理方法。
7. 前記基板の表面温度を検出する工程では、前記基板の表面温度分布を検出し、
   検出した前記基板の表面温度分布に応じて、前記基板に対する前記処理液の供給位置を変える工程を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の基板処理方法。
8. 前記表面温度が前記所定温度に達していないと判断した場合であって、前記処理液の供給開始から所定の処理設定時間が経過した場合、処理不良の発生を報知する工程をさらに有することを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載の基板処理方法。

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