JP2018157508A - Acoustic wave device and manufacturing method of the same - Google Patents
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本発明は、弾性波デバイスおよびその製造方法に関し、例えばIDTを有する弾性波デバイスおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to an acoustic wave device and a manufacturing method thereof, for example, an acoustic wave device having an IDT and a manufacturing method thereof.
弾性表面波共振器では、圧電基板上にIDT(Interdigital Transducer)および反射器を設け、IDTおよび反射器を覆うように絶縁体膜を設けることが知られている(例えば特許文献1、2)。絶縁膜の周波数温度係数を圧電基板と逆符号とすることで、弾性波デバイスの周波数温度係数を改善できる。
In a surface acoustic wave resonator, it is known that an IDT (Interdigital Transducer) and a reflector are provided on a piezoelectric substrate, and an insulator film is provided so as to cover the IDT and the reflector (for example,
IDTおよび反射器上に絶縁膜を形成すると、絶縁膜の上面にIDTに対応する凹凸が形成される。そこで、絶縁膜の上面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用い平坦にする。しかし、CMP法を用い絶縁膜を平坦化すると、共振器上の絶縁膜の膜厚がIDT上の絶縁膜の膜厚より小さくなる。これにより共振器の特性が劣化してしまう。 When an insulating film is formed on the IDT and the reflector, irregularities corresponding to the IDT are formed on the upper surface of the insulating film. Therefore, the upper surface of the insulating film is flattened using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. However, when the insulating film is planarized using the CMP method, the thickness of the insulating film on the resonator becomes smaller than the thickness of the insulating film on the IDT. This degrades the characteristics of the resonator.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、共振器の特性の劣化を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress deterioration of the characteristics of a resonator.
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた弾性波を励振するIDTと、前記圧電基板上の前記IDTの前記弾性波の伝搬方向における外側に設けられた反射器と、前記圧電基板上の前記反射器の前記伝搬方向における外側に設けられ、前記IDTおよび前記反射器の少なくとも一方と略同じ膜厚を有し、外側の端と前記反射器の外側の端との距離が前記膜厚の40倍以上であるダミーパターンと、前記圧電基板上に、前記IDT、前記反射器および前記ダミーパターンを覆うように設けられ、上面に前記IDTおよび前記反射器に対応する凸凹が略平坦化された絶縁膜と、を具備する弾性波デバイスである。 The present invention includes a piezoelectric substrate, an IDT that excites an elastic wave provided on the piezoelectric substrate, a reflector provided outside the IDT on the piezoelectric substrate in the propagation direction of the elastic wave, and the piezoelectric The reflector on the substrate is provided outside in the propagation direction, has substantially the same film thickness as at least one of the IDT and the reflector, and the distance between the outer end and the outer end of the reflector is A dummy pattern having a thickness of 40 times or more, and the piezoelectric substrate are provided so as to cover the IDT, the reflector and the dummy pattern, and unevenness corresponding to the IDT and the reflector is substantially flat on the upper surface. And an insulating film formed into an elastic wave.
上記構成において、前記反射器と前記ダミーパターンとの間のギャップの幅は、前記IDTおよび前記反射器の隣接する電極指間のギャップの幅の2倍以下である構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The width | variety of the gap between the said reflector and the said dummy pattern can be set as the structure which is 2 times or less of the width of the gap between the electrode fingers which adjoin the said IDT and the said reflector.
上記構成において、前記ダミーパターンは、開口のない一体パターンである構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said dummy pattern can be set as the structure which is an integrated pattern without an opening.
前記ダミーパターンは、複数のパターンを含み、前記複数のパターンの間のギャップの前記伝搬方向の幅は、前記IDTおよび前記反射器の隣接する電極指間のギャップの幅の2倍以下である構成とすることができる。 The dummy pattern includes a plurality of patterns, and the width of the gap between the plurality of patterns in the propagation direction is not more than twice the width of the gap between the electrode fingers adjacent to the IDT and the reflector. It can be.
前記ダミーパターンは、開口を含み、前記開口の前記伝搬方向の幅は前記IDTおよび前記反射器の隣接する電極指間のギャップの幅の2倍以下である構成とすることができる。 The dummy pattern may include an opening, and the width of the opening in the propagation direction may be less than or equal to twice the width of the gap between adjacent electrode fingers of the IDT and the reflector.
上記構成において、前記圧電基板はニオブ酸リチウム基板またはタンタル酸リチウム基板であり、前記絶縁膜は酸化シリコン膜である構成とすることができる。 In the above configuration, the piezoelectric substrate may be a lithium niobate substrate or a lithium tantalate substrate, and the insulating film may be a silicon oxide film.
本発明は、圧電基板上に、弾性波を励振するIDTと、前記IDTの前記弾性波の伝搬方向における外側に設けられた反射器と、前記反射器の前記伝搬方向における外側に設けられ前記IDTおよび前記反射器の少なくとも一方と略同じ膜厚を有し、外側の端と前記反射器の外側の端との距離が前記膜厚の40倍以上であるダミーパターンと、を形成する工程と、前記圧電基板上に、前記IDT、前記反射器および前記ダミーパターンを覆うように絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上面に形成された前記IDTおよび前記反射器に対応する凸凹を略平坦化するように前記絶縁膜の上面をCMP法を用い平坦化する工程と、を含む弾性波デバイスの製造方法である。 The present invention includes an IDT for exciting an elastic wave on a piezoelectric substrate, a reflector provided outside the IDT in the propagation direction of the elastic wave, and an IDT provided outside the reflector in the propagation direction. Forming a dummy pattern having substantially the same film thickness as at least one of the reflectors, and a distance between an outer end and the outer end of the reflector being 40 times or more of the film thickness; Forming an insulating film on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT, the reflector and the dummy pattern, and unevenness corresponding to the IDT and the reflector formed on the upper surface of the insulating film are substantially flat. And flattening the upper surface of the insulating film by using a CMP method so as to achieve the same.
本発明によれば、共振器の特性の劣化を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the deterioration of the characteristics of the resonator.
図1(a)は、比較例1に係る弾性波デバイスの平面図、図1(b)は、図1(a)のA−A断面図である。図1(a)および図1(b)に示すように、1ポート共振器25では、圧電基板10上にIDT20および反射器24が形成されている。IDT20および反射器24は、圧電基板10に形成された金属膜12により形成される。IDT20は、対向する一対の櫛型電極22を備える。櫛型電極22は、複数の電極指21と、複数の電極指21が接続されたバスバー23と、を備える。一対の櫛型電極22は、電極指21がほぼ互い違いとなるように、対向して設けられている。
FIG. 1A is a plan view of an acoustic wave device according to Comparative Example 1, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIGS. 1A and 1B, in the 1-
一対の櫛型電極22の電極指21が励振する弾性波は、主に電極指21の配列方向に伝搬する。1つの櫛形電極22の電極指21のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。反射器24は、弾性波を反射する。これにより弾性波のエネルギーがIDT20内に閉じ込められる。圧電基板10上にIDT20および反射器24を覆うように絶縁膜14が設けられている。圧電基板10は、例えばタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である。金属膜12は、例えばアルミニウム膜または銅膜である。絶縁膜14は、例えば酸化シリコン膜(弗素等の元素が添加されていてもよい)である。上記例示した材料の場合、圧電基板10の周波数温度係数(例えば共振周波数の温度係数)は負である。一方、絶縁膜14の周波数温度係数は正である。具体的には、圧電基板10の弾性定数と絶縁膜14の弾性定数の温度係数とが逆符号である。これにより、絶縁膜14を設けることで、周波数温度係数を0に近づけることができる。
The elastic wave excited by the
図2(a)および図2(b)は、比較例1に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図2(a)に示すように、共振器25の電極指21を形成する金属膜12上に絶縁膜14を例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用い形成する。絶縁膜14の上面には、電極指21に対応する凹凸16が形成される。電極指21の膜厚H1と凹凸16の高さH2とはほぼ同じである。絶縁膜14の上面に凹凸16が形成されると、弾性波が凹凸16で反射され、フィルタ特性が劣化する。そこで、図2(b)に示すように、絶縁膜14の上面をCMP法を用い平坦化する。これにより、電極指21に対応する凹凸16は略平坦化される。
2A and 2B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing an acoustic wave device according to Comparative Example 1. FIG. As shown in FIG. 2A, the
図3(a)および図3(b)は、比較例1に係る弾性波デバイスの断面図である。図2(b)に示すように、電極指21に対応する絶縁膜14の上面の凹凸16は消失するものの、図3(a)に示すように、共振器25に対応する絶縁膜14の凹凸17が生じる。共振器25が形成されている領域は凸となり共振器25が形成されていない領域は凹となる。このように、CMP法により絶縁膜14の上面を平坦化すると、電極指21のピッチ相当の数μm程度に範囲では平坦化されるものの、共振器25の大きさ数100μm程度の範囲では凹凸17が形成されてしまう。
3A and 3B are cross-sectional views of the acoustic wave device according to Comparative Example 1. FIG. As shown in FIG. 2B, the
図3(b)に示すように、共振器25の端部では、絶縁膜14が薄くなってしまう。共振器25の端部における絶縁膜14の平坦面からの高さの減少量をH3とする。共振器25から絶縁膜14の上面が平坦面から低くなる範囲の距離をLとする。H3は最大で70nmである。
As shown in FIG. 3B, the insulating
反射器24上の絶縁膜14がIDT20上の絶縁膜14より70nm薄いときの共振器特性をシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
圧電基板10:128°Y回転X伝搬ニオブ酸リチウム基板
金属膜12:膜厚が338nmの銅膜
絶縁膜14:膜厚が927nmの酸化シリコン膜
IDT20:開口長が20λ、対数が50対
反射器24:対数が10対
以下の共振器AおよびBについてシミュレーションした。
共振器A:反射器24上の絶縁膜14の膜厚がIDT20上の絶縁膜14と同じ
共振器B:反射器24上の絶縁膜14の膜厚がIDT20上の絶縁膜14より70nm薄い
The resonator characteristics when the insulating
Piezoelectric substrate 10: 128 ° Y rotation X propagation lithium niobate substrate Metal film 12: Copper
Resonator A: The thickness of the insulating
図4(a)は、共振器AおよびBの通過特性、反射器AおよびBの反射特性を示す図、図4(b)は共振器AおよびBの共振周波数付近の拡大図である。反射器AおよびBはそれぞれ共振器AおよびBの反射器である。図4(a)に示すように、反射器Bの反射帯域は反射器Aより高周波側にシフトしている。図4(b)に示すように、共振器Bは共振器Aより共振周波数付近の減衰量が大きくなっている。これにより、共振器Bは共振器Aより共振周波数におけるQ値が小さくなる。これは、共振器Bでは共振周波数付近の反射器Bの反射特性が劣化するため、弾性波の閉じ込めが劣化したためと考えられる。このように、反射器24上の絶縁膜14の膜厚が薄くなると、共振器25の共振周波数におけるQ値が劣化する。
4A is a diagram showing the pass characteristics of the resonators A and B and the reflection characteristics of the reflectors A and B, and FIG. 4B is an enlarged view of the vicinity of the resonance frequency of the resonators A and B. Reflectors A and B are the reflectors of resonators A and B, respectively. As shown in FIG. 4A, the reflection band of the reflector B is shifted to the high frequency side from the reflector A. As shown in FIG. 4B, the resonator B has a larger attenuation near the resonance frequency than the resonator A. As a result, the resonator B has a smaller Q value at the resonance frequency than the resonator A. This is presumably because, in the resonator B, the reflection characteristics of the reflector B in the vicinity of the resonance frequency are deteriorated, and the confinement of the elastic wave is deteriorated. Thus, when the film thickness of the insulating
図3(b)における金属膜12の膜厚H1に対する距離Lを測定した。測定したサンプルは、金属膜12を銅膜、絶縁膜14を酸化シリコン膜とした。CMP法による酸化シリコン膜の研磨は、スラリーとしてセリアスラリーを用い、絶縁膜14の上面の凹凸16がほぼなくなるように行った。
The distance L with respect to the film thickness H1 of the
図5は、金属膜の膜厚H1に対する距離Lを示す図である。図5に示すように、膜厚H1が大きくなると距離Lが大きくなる。距離L(μm)は0.04×H1(nm)と同程度か若干小さい。距離Lと膜厚H1の単位を統一すると、絶縁膜14の膜厚が薄くなるのは共振器25の端から約40×H1の範囲であることが分かった。
FIG. 5 is a diagram illustrating the distance L with respect to the film thickness H1 of the metal film. As shown in FIG. 5, the distance L increases as the film thickness H1 increases. The distance L (μm) is about the same as 0.04 × H1 (nm) or slightly smaller. It was found that when the units of the distance L and the film thickness H1 were unified, the film thickness of the insulating
上記知見に基づく実施例について説明する。 Examples based on the above findings will be described.
図6(a)は、実施例1に係る弾性波デバイスの平面図、図6(b)は、図6(a)のA−A断面図である。図6(a)および図6(b)に示すように、反射器24の外側の圧電基板10上にダミーパターン26が設けられている。ダミーパターン26は金属膜12により形成されている。絶縁膜14はダミーパターン26を覆うように設けられている。ダミーパターン26の幅をWd、反射器24とダミーパターン26との間のギャップの幅をDg、および隣接する電極指21間のギャップの幅をLgとする。幅Wd+幅Dgを40×H1以上とする。その他の構成は比較例1と同じであり説明を省略する。
6A is a plan view of the acoustic wave device according to the first embodiment, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 6A. As shown in FIGS. 6A and 6B, a
図7(a)から図7(d)は、実施例1に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図7(a)に示すように、圧電基板10を準備する。圧電基板10は、例えばニオブ酸リチウム基板またはタンタル酸リチウム基板である。図7(b)に示すように、圧電基板10上に金属膜12を、蒸着法およびリフトオフ法、またはスパッタリング法またはエッチング法を用い形成する。金属膜12により、IDT20、反射器24およびダミーパターン26が形成される。金属膜12は、例えば銅膜またはアルミニウム膜である。
FIG. 7A to FIG. 7D are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the acoustic wave device according to the first embodiment. As shown in FIG. 7A, a
図7(c)に示すように、圧電基板10上にIDT20、反射器24およびダミーパターン26を覆うように絶縁膜14を、例えばCVD法を用い形成する。絶縁膜14は例えば酸化シリコン膜である。酸化シリコン膜には弗素等の元素が添加されていてもよい。絶縁膜14の上面にはIDT20、反射器24およびダミーパターン26に対応する凹凸16が形成される。
As shown in FIG. 7C, the insulating
図7(d)に示すように、絶縁膜14の上面をCMP法を用い平坦化する。これにより、電極指21に対応する凹凸16はほとんど消失する。また、ダミーパターン26によりIDT20上の絶縁膜14の膜厚と反射器24上の絶縁膜14の膜厚とはほぼ同じとなる。
As shown in FIG. 7D, the upper surface of the insulating
実施例1によれば、反射器24の弾性波の伝搬方向における外側にダミーパターン26が設けられている。ダミーパターン26、IDT20および反射器24の膜厚H1は、製造ばらつきの範囲内で略同じである。反射器24の外側の端とダミーパターン26の外側の端との距離(すなわちWd+Dg)は、膜厚H1の40倍以上である。絶縁膜14の上面にIDT20および反射器24に対応する凹凸16はCMP法で平坦化した程度に平坦化されている。例えば、図7(d)のように、絶縁膜14の上面に形成されたIDT20および反射器24に対応する凹凸16を平坦化するように絶縁膜14の上面をCMP法を用い平坦化する。これにより、図4(b)のような反射器24上の膜厚が薄くなることによる共振器25の特性の劣化を抑制できる
According to the first embodiment, the
ダミーパターン26の膜厚は、IDT20および反射器24の少なくとも一方の膜厚と略同じであればよい。また、ダミーパターン26とIDT20および反射器24の少なくとも一方とを同時に形成するため、ダミーパターン26は、IDT20および反射器24の少なくとも一方と同じ材料からなることが好ましい、
The film thickness of the
IDT20上の絶縁膜14の膜厚と反射器24上の膜厚とを略同じとするため、Wd+Dgは50×H1以上が好ましく、100×H1以上がより好ましい。Wd+Dgが大きいとチップサイズが大きくなる。このため、Wd+Dgは1000×H1以下が好ましく、200×H1以下がより好ましい。
In order to make the film thickness of the insulating
反射器24とダミーパターン26との間のギャップの幅Dgが大きいと、反射器24とダミーパターン26との間の絶縁膜14の上面に凹部が形成されてしまう。このため、幅Dgは隣接する電極指21間のギャップの幅Lgの2倍以下であることが好ましく、Lg以下がより好ましい。幅Dgは0より大きく、Lg/2以上であることがより好ましい。
If the width Dg of the gap between the
絶縁膜14を温度補償膜として用いる場合、絶縁膜14の弾性定数を圧電基板10と逆符号とすることが好ましい。圧電基板10がニオブ酸リチウム基板またはタンタル酸リチウム基板の場合、絶縁膜14は酸化シリコン膜(弗素等の元素を含んでもよい)であることが好ましい。絶縁膜14は、保護膜として機能してもよい。
When the insulating
[実施例1の変形例]
図8(a)および図8(b)は、実施例1の変形例1および2に係る弾性波デバイスの平面図である。図8(a)に示すように、ダミーパターン26は複数のパターン26aを含む。絶縁膜14の上面に複数のパターン26aに対応する凹凸が形成されないように、複数のパターン26a間のギャップの幅Wgは隣接する電極指21間のギャップの幅Lgの2倍以下であることが好ましく、Lg以下がより好ましい。幅Wgは0より大きく、Lg/2以上であることがより好ましい。複数のパターン26aの弾性波の伝搬方向の幅は、電極指21の弾性波の伝搬方向の幅以上が好ましい。
[Modification of Example 1]
FIG. 8A and FIG. 8B are plan views of the acoustic wave devices according to the first and second modifications of the first embodiment. As shown in FIG. 8A, the
図8(b)に示すように、ダミーパターン26は開口26bを含む。絶縁膜14の上面に開口26bに対応する凹凸が形成されないように、開口26bの幅Wgは隣接する電極指21間のギャップの幅Lgの2倍以下であることが好ましく、Lg以下がより好ましい。幅Wgは0より大きく、Lg/2以上であることがより好ましい。隣接する開口26b間のダミーパターン26の弾性波の伝搬方向の幅は、電極指21の弾性波の伝搬方向の幅以上が好ましい。
As shown in FIG. 8B, the
実施例1のように、ダミーパターン26は開口のない一体パターンでもよいし、実施例1の変形例1および2のように、ダミーパターン26は複数のパターン26aおよび/または開口26bを含んでもよい。パターン26aおよび開口26bの平面形状は、スリット状、多角形状その他でもよい。
As in the first embodiment, the
図9は、実施例2に係るフィルタの平面図である。図9に示すように、圧電基板10上に、共振器25、配線30、パッド32、ダミーパターン26、34および36が設けられている。共振器25は直列共振器S1からS4および並列共振器P1からP3を含む。パッド32は入力端子In、出力端子Outおよびグランド端子Gndを含む。
FIG. 9 is a plan view of the filter according to the second embodiment. As shown in FIG. 9, the
入力端子Inと出力端子Outとの間に直列共振器S1からS4が配線30を介し直列に接続されている。直列共振器S1およびS2は各々直列に2分割されている。入力端子Inと出力端子Outとの間に並列共振器P1からP3が配線30を介し並列に接続されている。共振器25の反射器の外側にダミーパターン26が設けられている。共振器25、配線30およびパッド32の隙間にダミーパターン34が設けられている。圧電基板10の周縁にドット状のダミーパターン36が設けられている。
Series resonators S1 to S4 are connected in series via the
ダミーパターン26を設けることで、絶縁膜14の上面を平坦化するときに反射器24上の絶縁膜14が薄くなることを抑制できる。ダミーパターン26は共振器25の両側の反射器24のうち、圧電基板10の縁側の反射器24の外側に設けることが好ましい。ダミーパターン26と同じ膜厚のダミーパターン34および/または36を設けることで、絶縁膜14の上面をより平坦化できる。
By providing the
実施例2のように、実施例1およびその変形例の共振器25およびダミーパターン26をフィルタに用いることで、フィルタ特性の劣化を抑制できる。
As in the second embodiment, the use of the
ラダー型フィルタの直列共振器および並列共振器の個数は任意に設計できる。フィルタとしてラダー型フィルタを例に説明したが、フィルタは多重モードフィルタを含んでもよい。実施例2をデュプレクサ等のマルチプレクサに用いてもよい。 The number of series resonators and parallel resonators of the ladder filter can be arbitrarily designed. Although a ladder type filter has been described as an example of the filter, the filter may include a multimode filter. The second embodiment may be used for a multiplexer such as a duplexer.
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
10 圧電基板
12 金属膜
14 絶縁膜
16 凹凸
20 IDT
21 電極指
22 櫛形電極
23 バスバー
24 反射器
25 共振器
26 ダミーパターン
26a パターン
26b 開口
10
21
Claims (7)
前記圧電基板上に設けられた弾性波を励振するIDTと、
前記圧電基板上の前記IDTの前記弾性波の伝搬方向における外側に設けられた反射器と、
前記圧電基板上の前記反射器の前記伝搬方向における外側に設けられ、前記IDTおよび前記反射器の少なくとも一方と略同じ膜厚を有し、外側の端と前記反射器の外側の端との距離が前記膜厚の40倍以上であるダミーパターンと、
前記圧電基板上に、前記IDT、前記反射器および前記ダミーパターンを覆うように設けられ、上面に前記IDTおよび前記反射器に対応する凸凹が略平坦化された絶縁膜と、
を具備する弾性波デバイス。 A piezoelectric substrate;
An IDT for exciting an elastic wave provided on the piezoelectric substrate;
A reflector provided outside the IDT in the propagation direction of the elastic wave on the piezoelectric substrate;
The distance between the outer end and the outer end of the reflector is provided on the outer side in the propagation direction of the reflector on the piezoelectric substrate and has substantially the same film thickness as at least one of the IDT and the reflector. A dummy pattern that is 40 times or more of the film thickness;
An insulating film provided on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT, the reflector, and the dummy pattern, and having an uneven surface corresponding to the IDT and the reflector on the upper surface thereof,
An elastic wave device comprising:
前記圧電基板上に、前記IDT、前記反射器および前記ダミーパターンを覆うように絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上面に形成された前記IDTおよび前記反射器に対応する凸凹を略平坦化するように前記絶縁膜の上面をCMP法を用い平坦化する工程と、
を含む弾性波デバイスの製造方法。
An IDT for exciting an elastic wave on a piezoelectric substrate, a reflector provided outside the IDT in the propagation direction of the elastic wave, and the IDT and the reflector provided outside the reflector in the propagation direction Forming a dummy pattern having substantially the same film thickness as at least one of the above, and a distance between the outer end and the outer end of the reflector being 40 times or more of the film thickness;
Forming an insulating film on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT, the reflector, and the dummy pattern;
Flattening the upper surface of the insulating film using CMP so as to substantially flatten the irregularities corresponding to the IDT and the reflector formed on the upper surface of the insulating film;
A method for manufacturing an acoustic wave device.
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