JP4641395B2 - 半導体装置の研削方法、及び研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の研削方法、特にＷ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）を始めとするウエハ状態の半導体装置の研削方法に関する。また、その研削装置に関する。

半導体装置の製造工程における研削加工としては、半導体素子を含む集積回路が形成された半導体ウエハの個片化に先立ち、半導体ウエハの裏面（回路形成面の反対側）を削り取る裏面研削、いわゆるバックグラインドがよく知られている。また最近では、封止工程をウエハ状態で行うＷ−ＣＳＰにおいて、半導体装置を所定の厚みに仕上げるため、封止樹脂の表面を研削加工することなども行われている。このような研削加工においては、研削砥石の下降速度を変更しながら研削するのが一般的となっている。

半導体装置の研削（研磨）加工に関する発明が、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１は、半導体ウエハのＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）研磨装置に関するものである。この研磨装置は、高剛性材料からなる研磨布及び吸着テーブルと、吸着テーブル上方に設置されたセンサとを備えている。研磨布を高剛性材料とすることにより、半導体ウエハの研磨布への沈み込みを防止する。また、吸着テーブル上方に設置されたセンサにより、研磨中における吸着テーブルの押し付け方向の変位量をセンサで測定する。この２つにより、半導体ウエハの研磨量の検出精度を向上させている。
特開平９−１５５７２２号公報（第２−３頁、第１図）

研削加工における従来の下降速度制御は、例えば、次のように行われている。まず、待機位置から高速で研磨砥石を下降させる。そして、被加工物上空の所定の位置Ａ’で一旦研削砥石の下降速度を減速させ、その速度を維持した状態で研磨砥石と被加工物とを接触させる。これは、研削砥石が被加工物に高速で接触することにより、被加工物が損傷を受けることを避けるためである。そして、研削砥石が被加工物を所定の膜厚だけ研削した位置Ｂ’で再び変速、例えば、増速して研削加工を進めていく。

ところで、従来の研削方法における減速位置Ａ’の設定は、被加工物間に介在する加工前最大厚みのバラツキを考慮して設定される固定の初期厚みＴ１’に対し、所定の補正値α’を加えて設定している。すなわち、Ａ’＝Ｔ１’（固定値）＋α’である。初期厚みＴ１’は固定値であり、補正値α’も一定であるため、減速位置Ａ’は全ての被加工物に対して一意に設定される。しかしながら、減速位置Ａ’が一意に設定されると、被加工物間に介在する加工前最大厚みのバラツキにより、被加工物の表面から減速位置Ａ’までの距離にバラツキを生じることになる。例えば、加工前最大厚みが初期厚みＴ１’よりも大きい被加工物においては、被加工物表面から減速位置Ａ’までの距離が小さくなるため、研削砥石が十分に減速されない状態で被加工物に接触し、被加工物の損傷を引き起こす虞がある。反対に、加工前最大厚みが初期厚みＴ１’よりも小さい被加工物においては、被加工物表面から減速位置Ａまでの距離が大きくなるため、研削砥石が被加工物表面に接触するまでの低速移動距離が長くなり、加工時間に無駄を生じてしまう。

一方、変速（増速）位置Ｂ’の設定は、被加工物の最終仕上げ厚Ｔ２’に対し、所定の補正値β’加えて設定している。すなわち、Ｂ’＝Ｔ’（固定値）＋β’である。最終仕上げ厚Ｔ２’は固定値であり、補正値β’も一定であるため、変速（増速）位置Ｂ’は全ての被加工物に対して一意に設定されることになる。しかしながら、変速（増速）位置Ｂ’が一意に設定されると、被加工物間に介在する厚みのバラツキにより、被加工物の表面から変速（増速）位置Ｂ’までの距離にバラツキを生じることになる。例えば、加工前最大厚みが大きい被加工物においては、被加工物表面から変速（増速）位置Ｂ’までの距離が大きくなるため、低速で研削される膜厚が必要以上に大きくなり、加工時間に無駄を生じてしまう。反対に、加工前最大厚みが小さい被加工物においては、被加工物表面から変速（増速）位置Ｂ’までの距離が小さくなり、低速で研削される膜厚が必要以下に小さくなる。被加工物の損傷防止のためには、研削砥石の切歯と被加工物とが噛み合い、安定した研削状態になるまで、被加工物表面から所定の膜厚までは低速で研削される必要がある。この所定膜厚を研削する前に研削砥石の速度が変わる（増速する）と、被加工物の損傷を引き起こす虞がある。

このような課題を解決するため、被加工物間の厚みバラツキに左右されない研削手法を確立する必要がある。
特許文献１に記載のＣＭＰ研磨装置は、吸着テーブル上方に設置されたセンサで被加工物の研磨量をリアルタイムにモニタし、それをフィードバックして研磨量を制御している。研磨量をモニタしながら研磨するため、被加工物間の厚みバラツキは特に問題とならない。しかしながら、特許文献１に記載のＣＭＰ研磨装置は、変位量をモニタして位置制御を行うものであり、吸着テーブルの下降速度を制御するものではない。

本発明に係る半導体装置の研削方法は、ウエハ状態の半導体装置を研削砥石により研削加工する方法であって、被加工物である前記半導体装置の初期厚みを測定する測定ステップと、前記研削砥石を待機位置から第１速度で前記半導体装置に向けて下降させる下降ステップと、前記初期厚みに第１補正値を加えた第１の位置で前記研削砥石の下降速度を前記第１速度から第２速度に減速する減速ステップと、前記第１の位置から、前記初期厚みから第２補正値を減じた第２の位置まで前記第２速度を維持して前記半導体装置を研削する第１研削ステップと、前記第２の位置から、前記半導体装置の最終仕上げ厚みに第３補正値を加えた第３の位置まで、前記第２速度よりも速い第３速度で前記半導体装置を研削する第２研削ステップと、前記第３の位置から前記半導体装置の最終仕上げ厚さまで、前記第２速度よりも遅い第４速度で前記半導体装置を研削する第３研削ステップと、を含み、前記ウエハ状態の半導体装置は、エポキシ樹脂で封止されたＷ−ＣＳＰであり、前記第３研削ステップは、前記Ｗ−ＣＳＰの突起電極を露出させる直前の研削ステップであることを特徴とする。
本発明に係る半導体装置の研削装置は、ウエハ状態の半導体装置を研削加工する研削装置であって、被加工物である前記半導体装置の初期厚みを測定する測定手段と、前記研削砥石を待機位置から第１下降速度で前記半導体装置に向けて下降させる下降手段と、前記初期厚みに第１補正値を加えた第１の位置で前記研削砥石の下降速度を前記第１速度から第２速度に減速する減速手段と、前記第１の位置から、前記初期厚みから第２補正値を減じた第２の位置まで前記第２速度を維持して前記半導体装置を研削する第１研削手段と、前記第２の位置から、前記半導体装置の最終仕上げ厚みに第３補正値を加えた第３の位置まで、前記第２速度よりも速い第３速度で前記半導体装置を研削する第２研削手段と、前記第３の位置から前記半導体装置の最終仕上げ厚さまで、前記第２速度よりも遅い第４速度で前記半導体装置を研削する第３研削手段と、を備え、前記ウエハ状態の半導体装置は、エポキシ樹脂で封止されたＷ−ＣＳＰであり、前記第３研削手段は、前記Ｗ−ＣＳＰの突起電極を露出させる直前の研削を行う研削手段であることを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置の研削装置は、ウエハ状態の半導体装置を研削加工する研削装置であって、前記半導体装置を保持する研削ステージと、前記研削ステージに対向し前記半導体装置を研削する研削砥石と、前記半導体装置表面の研削方向の変位量を測定するセンサと、前記変位量の情報により前記半導体装置の厚みを算出し、かつ前記厚みの情報を基に前記研削砥石の下降速度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記研削砥石を待機位置から第１速度で前記半導体装置に向けて下降させ、前記センサを介して測定した前記半導体装置の初期厚みを基準に、前記初期厚みに第１補正値を加えた第１の位置で前記研削砥石の下降速度を前記第１速度から第２速度に減速させ、前記第１の位置から、前記初期厚みから第２補正値を減じた第２の位置まで前記第２速度を維持して研削させ、前記第２の位置で前記第２速度よりも速い第３速度に増速させ、前記第２の位置から、最終仕上げ厚さに第３補正値を加えた第３の位置まで前記第３速度を維持して研削させ、前記第３の位置で前記研削砥石の下降速度を前記第２速度よりも遅い第４速度に減速させ、前記第３の位置から、前記最終仕上げ厚さまで前記第４速度を維持して研削させる半導体装置の研削装置であって、前記ウエハ状態の半導体装置は、エポキシ樹脂で封止されたＷ−ＣＳＰであり、前記第４速度を維持して、前記Ｗ−ＣＳＰの突起電極を露出させる直前の研削を行うことを特徴とする。

本発明によれば、被加工物毎に加工前最大厚み、すなわち、初期厚みを測定し、その初期厚みを基準に研削砥石の減速位置（第１の位置）、及び変速位置（第２の位置）を設定する。これにより、被加工物間のバラツキの影響を受けることなく、常に一定の位置で研削砥石の減速及び変速が可能となり、被加工物の損傷を効果的に抑制することができるようになる。また、加工時間にも無駄が生じなくなり、研削効率も向上する。

〔研削装置〕
図１は、本発明の一実施形態に係る研削方法を実現する研削装置の要部構造図である。同図に示す研削装置１００は、研削ステージ１と、研削砥石２と、センサ部３と、制御部４とを備えている。また、研削ステージ１上には半導体装置５が吸着保持されている。
研削ステージ１は、下部中央に図示しないモータの回転軸が固着され、モータの回転力によって所定の方向に回転する。研削砥石２は、上部中央に図示しないモータの回転軸が固着され、モータの回転力によって所定の方向、例えば、研削ステージ１と逆方向に回転する。研削砥石２は、研削面に複数の切歯２ａを有している。また、研削砥石２の中心軸は、研削ステージ１の中心軸から所定距離オフセットさせてあり、常にこの位置関係を保って研削が行われる。

センサ部３は、半導体装置５の表面に設置されたセンサ３ａと、研削ステージ１の表面に設置されたセンサ３ｂと、センサ３ａからの上下変位量を電気信号に変換して制御部４に送る検出器３ａ’と、センサ３ｂからの上下変位量を電気信号に変換して制御部４に送る検出器３ｂ’とを備えている。センサ３ａは、半導体装置５の表面の変位量Ｇ１を測定し、センサ３ｂは、研削ステージ１の表面の変位量Ｇ２を測定する。上述したように、研削砥石２の中心軸が研削ステージ１の中心軸に対して所定距離オフセットさせてあるため、半導体装置５の一部上方には、研削砥石２が存在しない開放空間が存在する。センサ３ａは、この開放空間側の半導体装置５の表面に設置してあるため、研削加工中でもリアルタイムに変位量を測定することができる。なお、センサ３ａ及び３ｂは、接触式であっても非接触式であってもよい。

制御部４は、研削砥石２の上下移動を制御する。また、センサ部３から出力された変位量を基に半導体装置５の厚みを算出し、研削砥石２の変速位置の設定と変速制御を行う。なお、変速位置の設定と変速制御については後で詳細に説明する。
半導体装置５は、Ｗ−ＣＳＰを始めとするウエハ状態の半導体装置である。研削対象となる素材は、Ｗ−ＣＳＰの工程であればエポキシ樹脂などの封止樹脂であり、バックグラインドの工程であればシリコン基板やガリウム砒素基板などである。なお、図１の半導体装置５はＷ−ＣＳＰを示している。以下、本実施形態においては、半導体装置５はＷ−ＣＳＰであるとして説明を進める。

〔研削方法〕
（変速位置の設定）
まず、研削加工の初期設定として、研削砥石２の変速位置の設定を行う。図２は、研削砥石２の変速位置を示している。本実施形態では、研削砥石２の変速位置として、Ｐ１と、Ｐ２と、Ｐ３と、Ｐ４とを設定している。

変速位置Ｐ１及びＰ２の設定方法は次の通りである。まず、センサ部３で測定された変位量Ｇ１及びＧ２を基に、制御部４で半導体装置５の加工前最大厚み、すなわち、初期厚みＴ１を算出する。具体的には、研削加工前の半導体装置５の表面の変位量Ｇ１と、厚み測定の基準となる研削ステージ１の表面の変位量Ｇ２との差分量、すなわち、Ｔ１＝｜Ｇ１−Ｇ２｜を算出する。そして、変速位置Ｐ１は、算出された初期厚みＴ１に対して所定の補正値αを加えて設定される。すなわち、Ｐ１＝Ｔ１＋αである。また、変速位置Ｐ２は、算出された初期厚みＴ１から所定の補正値βを減じて設定される。すなわち、Ｐ２＝Ｔ１−βである。このように、変速位置Ｐ１及びＰ２は、被加工物である半導体装置５の実測された初期厚みＴ１に対して所定の補正（α、β）をかけて設定されるので、被加工物の厚みが異なる場合であっても、被加工物の表面から常に同じ位置で変速をかけることができる。なお、本実施形態においては、後述するように、変速位置Ｐ１では減速（高速→低速）が行われ、変速位置Ｐ２では増速（低速→中速）が行われる。

一方、変速位置Ｐ３及びＰ４は、被加工物である半導体装置５の最終仕上げ厚さＴ２を基準に設定される。ここで、最終仕上げ厚さＴ２は、研削対象製品の種類毎に一意に設定されるものであり、個々の被加工物に対して実測設定されるものではない。変速位置Ｐ３は、最終仕上げ厚さＴ２に対して所定の補正値γを加えて設定される。すなわち、Ｐ３＝Ｔ２＋γである。また、変速位置Ｐ４は、最終仕上げ厚さＴ２そのものとして設定される。なお、本実施形態においては、後述するように、変速位置Ｐ３では減速（中速→最低速）が行われ、変速位置Ｐ４では増速（最低速→高速）して上昇が行われる。

（変速制御）
上述したように、研削砥石２の変速位置を設定した後、実際の研削加工が行われる。図３乃至７は、研削砥石２の下降速度と変速位置との関係を示している。なお、研削加工中の研削砥石２の回転数は、特に説明を加えない限り一定とする。ただし、回転数一定に限定するものではなく、研削砥石２の回転数を適宜変更することも可能である。

まず、図３に示すように、研削砥石２を、待機位置Ｐ０から変速位置Ｐ１まで、被加工物である半導体装置５に向けて速度Ｖ１で下降させる。速度Ｖ１は、一連の研削処理の中で最も速い速度であり、例えば、２００μｍ／ｍｉｎ以上である。速度Ｖ１を速くする程全体の研削処理時間を短縮することができる。
次に、図４に示すように、変速位置Ｐ１において研削砥石２の下降速度を速度Ｖ１から速度Ｖ２に減速させる。速度Ｖ２は、例えば、１００μｍ／ｍｉｎである。そして、変速位置Ｐ１からＰ２までは、速度Ｖ２を維持して研削を行う。ここで、研削砥石２の下降速度を速度Ｖ２に減速させるのは、被加工物である半導体装置５の損傷を防止するためである。研削加工において被加工物の損傷を防ぐには、１）研削砥石が被加工物に接触する際の衝撃力を低減すること、２）研削砥石と被加工物との噛み合いが安定するまで被加工物に無理な力が加わらないようにすること、の２つが重要なポイントとなる。従って、変速位置Ｐ１で研削砥石２の下降速度を速度Ｖ２に減速し、変速位置Ｐ２まで速度Ｖ２を維持して研削を進めることにより、被加工物の損傷を抑制することが可能となる。また、上述したように、変速位置Ｐ１及びＰ２は、被加工物である半導体装置５の実測された初期厚みＴ１に対して設定されるので、被加工物間のバラツキの影響を受けることなく、常に一定の位置で研削砥石２を減速させること可能となる。これにより、被加工物の損傷をより効果的に抑制することができるようになる。また、研削砥石２の低速での空転移動距離、すなわち、被加工物を研削しない低速移動距離が常に最適化されるため、加工時間にも無駄が生じなくなる。

次に、図５に示すように、変速位置Ｐ２において研削砥石２の下降速度を速度Ｖ２から速度Ｖ３に増速させる。速度Ｖ３は、例えば、２００μｍ／ｍｉｎである。そして、変速位置Ｐ２からＰ３までは、速度Ｖ３を維持して研削を行う。ここで、研削砥石２の下降速度を速度Ｖ３に増速させるのは、研削時間を短縮して研削効率を向上させるためである。速度Ｖ２で変速位置Ｐ２まで研削が進むと、研削砥石２と被加工物である半導体装置５との噛み合いは安定状態になっている。従って、この状態で下降速度を上げても被加工物の損傷が生じることは少ない。

次に、図６に示すように、変速位置Ｐ３において研削砥石２の下降速度を速度Ｖ３から速度Ｖ４に再度減速させる。速度Ｖ４は、一連の研削処理の中で最も遅い速度であり、例えば、５０μｍ／ｍｉｎ以上である。そして、変速位置Ｐ３からＰ４までは、速度Ｖ４を維持して研削を行う。変速位置Ｐ３からＰ４までは最終仕上げの段階である。従って、製品の最終仕上げ厚さＴ２になるように慎重に研削加工が進められる。

最後に、図７に示すように、変速位置Ｐ４において研削砥石２の速度を速度Ｖ３から速度Ｖ１に増速させて、研削砥石２を変速位置Ｐ４から待機位置Ｐ０まで速度Ｖ１で引き上げる。速度Ｖ１は、一連の研削処理の中で最も速い速度であり、例えば、２００μｍ／ｍｉｎ以上である。速度Ｖ１を速くする程全体の研削処理時間を短縮することができる。
なお、上記一連の研削加工において、センサ３ａ及び３ｂは、リアルタイムに変位量Ｇ１及びＧ２を測定しており、制御部４は、センサ３ａ及び３ｂから出力される変位量Ｇ１及びＧ２を基に、リアルタイムに半導体装置５の厚みをモニタしている。そして、制御部４は、リアルタイムにモニタされる半導体装置５の厚みを研削処理系にフィードバックし、研削砥石２が常に目標位置、すなわち、変速位置Ｐ２、Ｐ３及びＰ４で適切に変速されるように調整している。

以上が本発明の一実施形態に係る研削方法である。本実施形態では、研削加工時の下降速度を３変速、すなわち、速度Ｖ２〜Ｖ４の３段階で実施する方法を説明したが、もちろんそれ以上の変速を行うことも可能である。
〔作用効果〕
本実施形態によれば、被加工物である半導体装置５の実測された加工前最大厚み、すなわち、初期厚みＴ１を測定し、その初期厚みＴ１を基準に研削砥石２の変速位置Ｐ１（減速）及びＰ２（増速）を設定する。これにより、被加工物間のバラツキの影響を受けることなく、常に一定の位置で研削砥石２の変速が可能となり、被加工物の損傷を効果的に抑制することができるようになる。また、研削砥石２の低速での空転移動距離、すなわち、被加工物を研削しない低速移動距離が常に最適化されるため、加工時間にも無駄が生じなくなる。さらに、研削初期から最終仕上げまでの各変速位置、例えば、変速位置Ｐ２〜Ｐ４において、研削砥石２の下降速度を適宜変更することにより、研削処理時間を最適化することが可能となり、研削効率及び能力が向上する。

一実施形態に係る研削装置の要部構造図。 一実施形態に係る研削方法における研削砥石の変速位置。 一実施形態に係る研削方法における研削砥石の下降速度と変速位置との関係。 一実施形態に係る研削方法における研削砥石の下降速度と変速位置との関係。 一実施形態に係る研削方法における研削砥石の下降速度と変速位置との関係。 一実施形態に係る研削方法における研削砥石の下降速度と変速位置との関係。 一実施形態に係る研削方法における研削砥石の下降速度と変速位置との関係。

符号の説明

１・・・研削ステージ
２・・・研削砥石
３・・・センサ部
３ａ、３ｂ・・・センサ
３ａ’、３ｂ’・・・検出器
４・・・制御部
５・・・半導体装置
１００・・・研削装置

Claims (6)

1. ウエハ状態の半導体装置を研削砥石により研削加工する方法であって、
   被加工物である前記半導体装置の初期厚みを測定する測定ステップと、
   前記研削砥石を待機位置から第１速度で前記半導体装置に向けて下降させる下降ステップと、
   前記初期厚みに第１補正値を加えた第１の位置で前記研削砥石の下降速度を前記第１速度から第２速度に減速する減速ステップと、
   前記第１の位置から、前記初期厚みから第２補正値を減じた第２の位置まで前記第２速度を維持して前記半導体装置を研削する第１研削ステップと、
   前記第２の位置から、前記半導体装置の最終仕上げ厚みに第３補正値を加えた第３の位置まで、前記第２速度よりも速い第３速度で前記半導体装置を研削する第２研削ステップと、
   前記第３の位置から前記半導体装置の最終仕上げ厚さまで、前記第２速度よりも遅い第４速度で前記半導体装置を研削する第３研削ステップと、を含み、
   前記ウエハ状態の半導体装置は、エポキシ樹脂で封止されたＷ−ＣＳＰであり、前記第３研削ステップは、前記Ｗ−ＣＳＰの突起電極を露出させる直前の研削ステップであることを特徴とする半導体装置の研削方法。
2. 前記第３速度は、前記第１速度よりも遅いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の研削方法。
3. ウエハ状態の半導体装置を研削加工する研削装置であって、
   被加工物である前記半導体装置の初期厚みを測定する測定手段と、
   前記研削砥石を待機位置から第１下降速度で前記半導体装置に向けて下降させる下降手段と、
   前記初期厚みに第１補正値を加えた第１の位置で前記研削砥石の下降速度を前記第１速度から第２速度に減速する減速手段と、
   前記第１の位置から、前記初期厚みから第２補正値を減じた第２の位置まで前記第２速度を維持して前記半導体装置を研削する第１研削手段と、
   前記第２の位置から、前記半導体装置の最終仕上げ厚みに第３補正値を加えた第３の位置まで、前記第２速度よりも速い第３速度で前記半導体装置を研削する第２研削手段と、
   前記第３の位置から前記半導体装置の最終仕上げ厚さまで、前記第２速度よりも遅い第４速度で前記半導体装置を研削する第３研削手段と、
   を備え、
   前記ウエハ状態の半導体装置は、エポキシ樹脂で封止されたＷ−ＣＳＰであり、前記第３研削手段は、前記Ｗ−ＣＳＰの突起電極を露出させる直前の研削を行う研削手段であることを特徴とする半導体装置の研削装置。
4. 前記第３速度は、前記第１速度よりも遅いことを特徴とする、請求項３に記載の半導体装置の研削装置。
5. ウエハ状態の半導体装置を研削加工する研削装置であって、
   前記半導体装置を保持する研削ステージと、
   前記研削ステージに対向し前記半導体装置を研削する研削砥石と、
   前記半導体装置表面の研削方向の変位量を測定するセンサと、
   前記変位量の情報により前記半導体装置の厚みを算出し、かつ前記厚みの情報を基に前記研削砥石の下降速度を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記研削砥石を待機位置から第１速度で前記半導体装置に向けて下降させ、前記センサを介して測定した前記半導体装置の初期厚みを基準に、前記初期厚みに第１補正値を加えた第１の位置で前記研削砥石の下降速度を前記第１速度から第２速度に減速させ、前記第１の位置から、前記初期厚みから第２補正値を減じた第２の位置まで前記第２速度を維持して研削させ、前記第２の位置で前記第２速度よりも速い第３速度に増速させ、前記第２の位置から、最終仕上げ厚さに第３補正値を加えた第３の位置まで前記第３速度を維持して研削させ、前記第３の位置で前記研削砥石の下降速度を前記第２速度よりも遅い第４速度に減速させ、前記第３の位置から、前記最終仕上げ厚さまで前記第４速度を維持して研削させる半導体装置の研削装置であって、
   前記ウエハ状態の半導体装置は、エポキシ樹脂で封止されたＷ−ＣＳＰであり、前記第４速度を維持して、前記Ｗ−ＣＳＰの突起電極を露出させる直前の研削を行うことを特徴とする半導体装置の研削装置。
6. 前記第３速度は、前記第１速度よりも遅いことを特徴とする、請求項５に記載の半導体装置の研削装置。

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