JPH11162893A - ポリッシング装置 - Google Patents

ポリッシング装置

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JPH11162893A
JPH11162893A JP33803597A JP33803597A JPH11162893A JP H11162893 A JPH11162893 A JP H11162893A JP 33803597 A JP33803597 A JP 33803597A JP 33803597 A JP33803597 A JP 33803597A JP H11162893 A JPH11162893 A JP H11162893A
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polishing
polished
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polishing unit
cleaning
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Seiji Katsuoka
誠司 勝岡
Manabu Tsujimura
学 辻村
Kunihiko Sakurai
邦彦 桜井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 並列配置された2つの研磨処理ラインを有す
るポリッシング装置において、ターンテーブルのアイド
ルタイムを最小限に抑えてスループットを上げたパラレ
ル処理を行なうことができるポリッシング装置を提供す
る。 【解決手段】 被研磨材Wを収容する収容部12a,1
2bと、収容部からほぼ平行に延びる少なくとも2つの
ライン上にそれぞれ洗浄ユニット14a,14b,18
a,18b及び研磨ユニット10a,10bが配置され
た少なくとも2つの研磨処理ラインと、洗浄ユニットと
研磨ユニットの間に配置された2つの研磨処理ライン共
用の仮置き台20とを有し、仮置き台、研磨ユニット及
び洗浄ユニットとの間で被研磨材を搬送可能なロボット
手段26a,26bを各研磨処理ラインのそれぞれに設
けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリッシング装置
に係り、特に、半導体ウエハ等の被研磨材を平坦かつ鏡
面状に研磨するポリッシング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化が進む
につれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭く
なりつつある。これに伴い、光リソグラフィなどで回路
形成を行なう場合に焦点深度が浅くなるので、ステッパ
の結像面のより高い平坦度を必要とする。半導体ウエハ
の表面を平坦化する手段として、回転するターンテーブ
ル上に貼付した研磨布に砥粒を含む研磨液を供給しなが
ら、キャリアで保持した半導体ウエハを研磨布に押しつ
けて研磨する化学機械的研磨が行われている。
【0003】図8は、特開平9−117857号に開示
されたポリッシング装置であり、全体が長方形をなす床
上のスペースの一端側に一対の研磨ユニット101a,
101bが左右に対向して配置され、他端側にそれぞれ
半導体ウエハ収納用カセット102a,102bを載置
する一対のロード・アンロードユニットが配置されてい
る。そして、研磨ユニットとロード・アンロードユニッ
トを結ぶ線上に走行レール103が敷設され、この走行
レール103の両側に、それぞれ1台の反転機105,
106とこれの両隣の2台の洗浄機107a,107
b,108a,108bが配置されている。
【0004】このように、搬送ラインの両側に1対の研
磨処理ラインが構成されたポリッシング装置によれば、
通常の1段研磨はそれぞれの研磨処理ラインでパラレル
に行って能率を向上させ、化合物半導体などにおいて研
磨液を変えて2段階で研磨する2段階研磨を行う場合に
は、一方の研磨ユニット101aで研磨した後に一端洗
浄工程を行ってから他の研磨ユニット101bに移動し
て2次研磨を行なう。従って、1つの装置によって、2
段階研磨を行うシリーズ処理と、1段研磨をパラレルに
行うパラレル処理とを選択的に行うことができる。
【0005】このポリッシング装置のパラレル処理にお
いては、被研磨材は以下のように搬送される。すなわ
ち、研磨ユニット101a,101bにおける被研磨材
の研磨処理が終わった後、トップリング110が回転し
てプッシャ112上に移動して処理済みの被研磨材を渡
す。これを第2のロボット104bが洗浄機107a、
又は107bに搬送してから未処理の被研磨材を反転機
105,106より受け取り、これをプッシャ112に
渡す。トップリング110はこれをプッシャから受け取
ってターンテーブル109上に移動して研磨を再開す
る。111はターンテーブル109上の研磨面の再生を
するためのドレッサーである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のポリ
ッシング装置においてスループットを上げるには、律速
段階となる研磨工程を行なうターンテーブル109の稼
動率を向上させる必要がある。しかしながら、上記の従
来の技術では、2つのプッシャ112からの処理済みの
被研磨材の除去と未処理の被研磨材の供給を1基のロボ
ット104bで行っているために時間を要し、ターンテ
ーブルのアイドルタイムが生じてしまっていた。
【0007】本発明は、並列配置された2つの研磨処理
ラインを有するポリッシング装置において、ターンテー
ブルのアイドルタイムを最小限に抑えてスループットを
上げたパラレル処理を行なうことができるポリッシング
装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、被研磨材を収容する収容部と、前記収容部からほぼ
平行に延びる少なくとも2つのライン上にそれぞれ洗浄
ユニット及び研磨ユニットが配置された少なくとも2つ
の研磨処理ラインと、前記洗浄ユニットと前記研磨ユニ
ットの間に配置された前記2つの研磨処理ライン共用の
仮置き台とを有し、前記仮置き台、研磨ユニット及び洗
浄ユニットとの間で被研磨材を搬送可能なロボット手段
を前記各研磨処理ラインのそれぞれに設けたことを特徴
とするポリッシング装置である。
【0009】このような構成により、それぞれのロボッ
ト手段は仮置き台にある未研磨の被研磨材を研磨ユニッ
トに供給し、研磨ユニットの研磨済みの被研磨材はこれ
を直接洗浄ユニットに送るので、研磨ユニットの研磨済
みの被研磨材を未研磨の被研磨材と迅速に交換すること
ができる。従って、ポリッシング装置の律速段階である
研磨ユニットの被研磨材待ちによる非稼動時間を最小限
に抑え、ポリッシング装置のスループットを大幅に向上
させることができる。
【0010】請求項2に記載の発明は、前記研磨ユニッ
トは、ターンテーブル、トップリング装置及び被研磨材
を前記ロボット手段との間で授受するプッシャを有する
ことを特徴とする請求項1に記載のポリッシング装置で
ある。
【0011】請求項3に記載の発明は、前記トップリン
グ装置は、前記プッシャと前記ターンテーブルにそれぞ
れ配置可能な2つのトップリングと、これらの2つのト
ップリングを水平に回転可能に支持する旋回アームとを
有することを特徴とする請求項2に記載のポリッシング
装置である。これにより、一方のトップリングをターン
テーブル上に位置させて研磨工程を行なう間に、他方の
トップリングの被研磨材の交換を行なうことができるの
で、ターンテーブルの非稼動時間が減少して、スループ
ットが向上する。
【0012】請求項4に記載の発明は、前記研磨ユニッ
トには、前記トップリングにより把持された被研磨材の
上に成膜された薄膜の厚さを前記ターンテーブルを離れ
た位置で測定する膜厚測定センサが設けられていること
を特徴とする請求項3に記載のポリッシング装置であ
る。これにより、研磨量の算出を行い、この測定値に基
づいてよりきめ細かい研磨量制御を行なうことができ
る。
【0013】請求項5に記載の発明は、前記研磨ユニッ
トには、小径のバフ研磨テーブルが設けられていること
を特徴とする請求項2に記載のポリッシング装置であ
る。
【0014】請求項6に記載の発明は、設置床の一端側
に設けられた被研磨材を収容する収容部と、設置床の他
端側に設けられ、それぞれがターンテーブル装置、トッ
プリング装置及び基板プッシャを有する2つの研磨ユニ
ットと、研磨ユニットにおいて研磨がされた被研磨材を
洗浄する少なくとも2基の洗浄装置と、これらの装置の
間で被研磨材を移送する搬送装置とを備え、前記研磨ユ
ニットと洗浄装置は、該設置床の前記一端から他端に向
けて延びる中心線に対して左右対称に配置され、前記搬
送装置は、前記洗浄装置と前記研磨ユニットの間の前記
中心線上に配置された仮置き台と、この仮置き台の左右
両側に配置されたロボットを有することを特徴とするポ
リッシング装置である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るポリッシング
装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、
本発明のポリッシング装置の第1の実施の形態を説明す
る図であり、この装置は、全体が長方形をなす設置床1
0上のスペースに、構成要素が設置床の中心線Cに対し
て左右対称に配置されて構成されている。すなわち、設
置床の一端側に一対の研磨ユニット10a,10bが左
右に対向して配置され、他端側にそれぞれ半導体ウエハ
収納用カセット12a,12bを載置する一対のロード
・アンロードユニットが配置され、さらにこれらの間に
ロード・アンロードユニット側から順に1対の2次洗浄
機14a,14b、1対の反転機16a,16b、1対
の1次洗浄機18a,18b、1基の仮置き台20が設
けられている。1対の1次及び2次洗浄機14a,14
b,18a,18b、反転機16a,16bは、互いに
中心線を挟んで対向して配置され、その間の中心線上の
位置には関節で結合されたアームを有する固定型のロボ
ット22,24が配置されている。また、仮置き台20
の左右には1対の固定ロボット26a,26bが設けら
れている。
【0016】各研磨ユニット10a,10bは、被研磨
材Wを授受するプッシャ30と、2基のトップリング3
2,34を有するトップリング装置36と、表面に研磨
工具面を有するターンテーブル38と、研磨工具面の目
立てを行なうドレッサ40とがほぼ前記中心線に平行に
配置されている。また、この例ではトップリング装置3
6の脇にバフ研磨を行なう小径のバフ研磨テーブル42
が設けられている。
【0017】以下、研磨ユニット10a,10bの実体
的な構成を、図2を参照して説明する。トップリング装
置36は、ターンテーブル38のベース44より側方に
突出するブラケット46に取り付けられた基台48によ
り回転自在に支持された鉛直方向に延びる支柱50と、
この支柱50の先端に水平方向に延びて取り付けられた
旋回アーム52と、この旋回アーム52の先端にそれぞ
れ取り付けられた1対のトップリング32,34とを備
えている。トップリング32,34は、各々の下面に被
研磨材を吸着する機能を有し、それぞれ独立に駆動モー
タ56により水平面内で回転可能かつエアシリンダ58
により昇降可能となっている。ターンテーブルの上面に
は所定位置に砥液供給ノズルが開口して設けられてい
る。
【0018】プッシャ30は、支柱50に対してターン
テーブル38と反対側に位置しており、一方のトップリ
ング32(34)がターンテーブル38上の研磨位置に
あるときには、他方のトップリング34(32)がプッ
シャ30の直上にあるようになっている。プッシャ30
は昇降可能な被研磨材載置台60を備えており、トップ
リング32,34とロボット26a,26bの間での被
研磨材の授受を補助する。また、ターンテーブル38の
ベース44のトップリング装置36とは反対側に突出す
るブラケット62には、ドレッサ40の支柱64が回転
自在に支持されている。
【0019】小径のバフ研磨テーブル42は、図3に示
すように被研磨材とほぼ同じ大きさであり、トップリン
グ装置36の支柱50の中心に対してプッシャ30ある
いはターンテーブル38の研磨位置とほぼ同じ距離にあ
る。ここでは、通常は、砥粒を含む砥液を用いた仕上げ
研磨又は純水を用いて仕上げ研磨兼洗浄を行う。バフ研
磨テーブル42は被研磨材とほぼ同じ大きさなので、旋
回アーム52を揺動させて互いの中心を適宜にずらした
状態で研磨を行なうが、被研磨材の姿勢を安定させるた
めに、被研磨材の中心がバフ研磨テーブル42の面から
外れないように制御するのが好ましい。
【0020】仮置き台20は、図4に示すように上下2
段に構成され、上側は乾燥した被研磨材を置くドライス
テーション20A、下側は濡れた状態の被研磨材を乾燥
を防止しながら置くウエットステーション20Bであ
る。ドライステーション20Aはオープンであるが、ウ
エットステーション20Bは被研磨材の上下に配置され
たスプレーノズル66を有するために箱体68に覆われ
たクローズタイプであり、側面に設けられた開閉ゲート
70から被研磨材Wの出し入れを行なう。
【0021】洗浄機14a,14b,18a,18bの
形式は任意であるが、例えば、研磨ユニット10a,1
0b側の1次洗浄機18a,18bがスポンジ付きのロ
ーラで半導体ウエハ表裏両面を拭う形式であり、カセッ
ト12a,12b側の2次洗浄機14a,14bが半導
体ウエハのエッジを把持して水平面内で回転させながら
洗浄液を供給する形式である。後者は、遠心脱水して乾
燥させる乾燥機としての機能をも持つ。
【0022】反転機16a,16bは、この実施の形態
では、カセット12a,12bの収納方式やロボットの
把持機構との関係で必要であるが、常に半導体ウエハの
研磨面が下向きの状態で移送されるような場合には必要
ではない。また、ロボットに反転機能を持たせるような
構造の場合も必要ではない。この実施の形態では、2つ
の反転機16a,16bをドライな半導体ウエハを扱う
ものと、ウエットな半導体ウエハを扱うものと使い分け
ている。
【0023】ロボット22,24,26a,26bは、
この実施の形態では4基が設けられ、それぞれ固定式
で、先端にハンドを有する関節アームが動く形式のもの
である。第1のロボット22は、それぞれ1対のカセッ
ト、2次洗浄機14a,14b,反転機16a,16b
の間で被研磨材の搬送を行なう。第2のロボット24
は、それぞれ1対の反転機16a,16b、1次洗浄機
18a,18b、及び仮置き台20の間で被研磨材の授
受を行なう。また、第3及び第4のロボット26a,2
6bは、仮置き台20、いずれかの1次洗浄機18a,
18b、いずれかのプッシャ30の間で被研磨材の授受
を行なう。
【0024】このような構成のポリッシング装置におい
ては、シリーズ処理とパラレル処理の双方が行われる。
図1では、ロード・アンロードユニットにおいて1つの
カセットを用いてパラレル処理を行なう場合の半導体ウ
エハの流れが示されている。なお、この説明では、中心
線Cを挟んで1対設けられている要素については、それ
ぞれ図1において上側に位置するものを右、下側に位置
するものを左として表記する。
【0025】右側研磨処理ラインのパラレル処理におけ
る被研磨材(半導体ウエハ)の流れは、以下のようにな
る。右カセット12a→第1のロボット22→ドライ反
転機16a→第2のロボット24→ドライステーション
20A→第3のロボット26a→右研磨ユニット10a
のプッシャ30→トップリング32又は34→ターンテ
ーブル38での研磨→(バフ研磨テーブル42でのバフ
研磨)→プッシャ30→第3のロボット26a→1次洗
浄機18a→第2のロボット24→ウェット反転機16
b→第1のロボット22→2次洗浄機14a,14b→
右カセット12a
【0026】各研磨ユニット10a,10bにおける処
理の流れを、図5を参照して説明する。プッシャ30に
は既に第3のロボット26a(又は第4のロボット26
b)により新たな未研磨のウエハが用意されている。同
図(a)に示すように、研磨は、トップリング32でウ
エハを把持して行われ、その間、他方のトップリング3
4はプッシャ30上に有り未処理ウエハをプッシャ30
から受け取る。ターンテーブル38で本研磨処理が終わ
ると、トップリング32は、同図(b)に示すように、
旋回アーム52の旋回によりバフ研磨テーブル42上に
移動し、ここで仕上げ研磨兼洗浄の水ポリッシングを行
なうことができる。もちろん、本研磨処理後ただちにプ
ッシャ30に受け渡すことも可能である。
【0027】水ポリッシングが終わると、同図(c)に
示すように、トップリング装置36が動作して旋回アー
ム52を旋回させ、トップリング32をプッシャ30の
直上に移動させる。そして、トップリング32が下降す
るか又はプッシャ30が上昇して、研磨済みのウエハを
プッシャ30に渡す。研磨済みのウエハは第3のロボッ
ト26a(又は第4のロボット26b)により新たな未
研磨のウエハに交換される。この間に他方のトップリン
グ34はターンテーブル38上の研磨位置に移動し、タ
ーンテーブル38による研磨が行われ、同図(d)に示
すように、旋回アーム52の旋回によりバフ研磨テーブ
ル42上に移動し、ここで仕上げ研磨兼洗浄の水ポリッ
シングを行ない、再度同図(a)の工程に戻る。
【0028】この工程において、研磨ユニット10a,
10bに対して被研磨材を出し入れするためのロボット
26a,26bが各研磨処理ライン毎に設けられている
ので、プッシャ30の既処理被研磨材は迅速に未処理被
研磨材と交換される。従って、トップリング32,34
が次の被研磨材の到着を待機する必要がなく、ターンテ
ーブル38が研磨作業をしていないアイドルタイムが減
少する。
【0029】また、この実施の形態では、各トップリン
グ装置36が旋回アーム52の両端に搭載された2基の
トップリング32,34を有しているので、研磨処理中
に他方のトップリング32,34の被研磨材を未処理の
ものに交換しておくことにより、トップリング32,3
4への被研磨材の取り付けのためのアイドルタイムも生
じない。従って、ターンテーブル38の稼動効率が高
い、高スループットのパラレル処理を行なうことができ
る。
【0030】図1の装置によるパラレル処理のスループ
ットを図8に示す従来の場合と比較して示す。ここで
は、1枚当たりの研磨時間を2分とし、洗浄は1次と2
次の両方を順次行なう2段洗浄とした。従来の場合では
時間当たり40枚であったのに対して、本発明の場合に
は53枚であった。また、装置全体に対する単位床面積
当たりのスループットを比較すると、従来の場合が7.
4枚/m2・時間であるのに対して、本発明では7.9
枚/m2・時間であった。
【0031】図6は、上記実施の形態のポリッシング装
置を用いて2段研磨を行なう場合、すなわち、シリーズ
処理を行なう場合の被研磨材の流れを説明している。流
れの概略は以下の通りである。右カセット12a→第1
のロボット22→ドライ反転機16a→第2のロボット
24→ドライステーション20A→第3のロボット26
a→第1研磨ユニット10a→第3のロボット26a→
右1次洗浄機18a→第2のロボット24→ウエットス
テーション20B→第3のロボット26b→2次研磨ユ
ニット10b→第3のロボット26b→左1次洗浄機1
8b→第2のロボット24→ウェット反転機16b→第
1のロボット22→左2次洗浄機14b→第1のロボッ
ト22→右カセット12a
【0032】このシリーズ処理においては、濡れた状態
のウエハを研磨ユニット10bに供給するので、ドライ
ステーション20Aとウエットステーション20Bを使
い分けるようにしている。ウエットステーション20B
ではノズル66より被研磨材Wの上下面に対してリンス
液が供給されており、被研磨材の乾燥を防止している。
尚、図6では便宜上ドライステーション20Aとウェッ
トステーション20Bを別に示したが、これらは図4で
説明したように、実際には上下に重なっている。
【0033】図7は、この発明の他の実施の形態を示す
もので、この研磨ユニットには、プッシャ30上に位置
するトップリング34に近接する位置に被研磨材上に成
膜された薄膜の厚さを測定する膜厚測定器72が設けら
れているものである。この膜厚測定器72は、例えば、
非接触で薄膜の厚さを測定することができる光学ヘッド
74を先端に取り付けたアーム76と、このアームを被
研磨面に沿って走査させるための例えばXYテーブルの
ような位置決め装置78とを備えている。
【0034】このような構成のポリッシング装置では、
旋回アーム52が反転した時に、トップリング34に把
持された研磨済みのウエハに成膜された薄膜の厚さを測
定することができる。従って、この測定値を基にして研
磨量を知り、次の被研磨材(ウエハ)の研磨時間を調整
するようにフィードバック制御したり、あるいは、これ
が許容値に達していない場合には再度の研磨を行なうよ
うに制御することができる。すなわち、一旦研磨の終了
したウエハを、プッシャ上部でその研磨量を側ることが
でき、研磨量測定のためのスペ−スを別途設ける必要が
ない。第3又は第4のロボット26a,26bが研磨済
みのウエハを交換するのに要する時間は、通常、ターン
テーブル38での研磨所要時間より短いので、この時間
の差を利用して厚さ測定を行えばダウンタイムの発生も
防止される。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ロボット手段により、仮置き台にある未研磨の被研磨材
は研磨ユニットに供給され、研磨ユニットの研磨済みの
被研磨材は直接洗浄ユニットに送られるので、研磨ユニ
ットの研磨済みの被研磨材を未研磨の被研磨材と迅速に
交換することができ、従って、ポリッシング装置の律速
段階である研磨ユニットの被研磨材待ちによる非稼動時
間を最小限に抑えてスループットを上げたパラレル処理
を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のポリッシング装置と被研磨材の流れ
を模式的に示す平面図である。
【図2】この発明のポリッシング装置の研磨ユニットを
示す正面図である。
【図3】研磨ユニットを示す平面図である。
【図4】仮置き台の構成を示す断面図である。
【図5】研磨ユニットの動作を示す平面図である。
【図6】この発明のポリッシング装置における被研磨材
の別の態様の流れを模式的に示す平面図である。
【図7】この発明のポリッシング装置の研磨ユニットの
他の実施の形態を示す正面図である。
【図8】従来のポリッシング装置を模式的に示す平面図
である。
【符号の説明】
10a,10b 研磨ユニット 12a,12b 収容部 14a,14b,18a,18b 洗浄ユニット 20 仮置き台 26a,26b ロボット手段 30 プッシャ 32,34 トップリング 36 トップリング装置 38 ターンテーブル 42 研磨テーブル 52 旋回アーム W 被研磨材

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被研磨材を収容する収容部と、 前記収容部からほぼ平行に延びる少なくとも2つのライ
    ン上にそれぞれ洗浄ユニット及び研磨ユニットが配置さ
    れた少なくとも2つの研磨処理ラインと、 前記洗浄ユニットと前記研磨ユニットの間に配置された
    前記2つの研磨処理ライン共用の仮置き台とを有し、 前記仮置き台、研磨ユニット及び洗浄ユニットとの間で
    被研磨材を搬送可能なロボット手段を前記各研磨処理ラ
    インのそれぞれに設けたことを特徴とするポリッシング
    装置。
  2. 【請求項2】 前記研磨ユニットは、ターンテーブル、
    トップリング装置及び被研磨材を前記ロボット手段との
    間で授受するプッシャを有することを特徴とする請求項
    1に記載のポリッシング装置。
  3. 【請求項3】 前記トップリング装置は、前記プッシャ
    と前記ターンテーブルにそれぞれ配置可能な2つのトッ
    プリングと、これらの2つのトップリングを水平に回転
    可能に支持する旋回アームとを有することを特徴とする
    請求項2に記載のポリッシング装置。
  4. 【請求項4】 前記研磨ユニットには、前記トップリン
    グにより把持された被研磨材の上に成膜された薄膜の厚
    さを前記ターンテーブルを離れた位置で測定する膜厚測
    定センサが設けられていることを特徴とする請求項3に
    記載のポリッシング装置。
  5. 【請求項5】 前記研磨ユニットには、小径のバフ研磨
    テーブルが設けられていることを特徴とする請求項2に
    記載のポリッシング装置。
  6. 【請求項6】 設置床の一端側に設けられた被研磨材を
    収容する収容部と、 設置床の他端側に設けられ、それぞれがターンテーブル
    装置、トップリング装置及び基板プッシャを有する2つ
    の研磨ユニットと、 研磨ユニットにおいて研磨がされた被研磨材を洗浄する
    少なくとも2基の洗浄装置と、 これらの装置の間で被研磨材を移送する搬送装置とを備
    え、 前記研磨ユニットと洗浄装置は、該設置床の前記一端か
    ら他端に向けて延びる中心線に対して左右対称に配置さ
    れ、 前記搬送装置は、前記洗浄装置と前記研磨ユニットの間
    の前記中心線上に配置された仮置き台と、この仮置き台
    の左右両側に配置されたロボットを有することを特徴と
    するポリッシング装置。
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