KR102642769B1 - 정전 척 장치 및 정전 척 장치의 제조 방법 - Google Patents

정전 척 장치 및 정전 척 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

정전 척 장치는 베이스 플레이트, 베이스 플레이트의 상면에 접속되고, 흡착 대상이 탑재되는 탑재 영역을 포함하는 정전 척(electrostatic chuck) 플레이트, 정전 척 플레이트에 임베드(embed)된 정전 전극, 베이스 플레이트의 상면에 위치되고, 정전 척 플레이트의 외측면 및 정전 척 플레이트의 상면의 일부를 덮는 포커스 링(focus ring)을 포함한다. 홈은, 정전 척 플레이트의 상면에서, 평면에서 볼 때, 포커스 링과 탑재 영역 사이의 영역에 해당하는 부분에 위치된다. 홈은, 보호층으로 충전된다. 홈은, 평면에서 볼 때, 정전 전극과는 이격된 위치에 위치된다. 보호층은, 정전 척 플레이트를 형성하는 재료보다 내(耐)플라즈마성이 높은 재료로 형성된다.

Description

정전 척 장치 및 정전 척 장치의 제조 방법{ELECTROSTATIC CHUCK DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING ELECTROSTATIC CHUCK DEVICE}
본 출원은, 2015년 9월 3일에 출원된 선행 일본 특허 출원 제2015-174051호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 전체 내용은 참조에 의해 본원에 포함된다.
본 출원은 정전 척 장치 및 정전 척 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 데 사용되는 장치로서, 플라즈마 에칭 장치가 공지되어 있다. 플라즈마 에칭 장치는, 감압 처리 챔버에서 기판(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)을 유지하는 스테이지를 포함한다. 이러한 스테이지의 일례로서, 일본국 특허 공보 제2003-179129호에는, 기판을 유지 베이스에 정전 흡착 및 유지하는 정전 척 장치가 기재되어 있다.
도 7은 종래기술에서의 정전 척 장치(80)를 나타낸다. 정전 척 장치(80)는 베이스 플레이트(81), 정전 척(ESC) 플레이트(83), 및 포커스 링(84)을 포함한다. 정전 척 플레이트(83)는 접착층(82)에 의해 베이스 플레이트(81)의 상면에 본딩된다. 포커스 링(84)은, 정전 척 플레이트(83)의 측면 및 정전 척 플레이트(83)의 상면의 일부를 덮도록, 베이스 플레이트(81)의 상면에 고정된다. 정전 척 플레이트(83)에는, 흡착 대상인 기판(W)을 흡착하는 정전 전극(85)이 임베드된다. 기판(W)은, 포커스 링(84)으로부터 노출되는 정전 척 플레이트(83)의 흡착면(여기에서는, 상면)(83A)에 탑재된다. 외부 전원으로부터의 정전 전극(85)에의 DC 전압의 인가는 정전기력을 발생시킨다. 정전기력은 정전 척 플레이트(83)의 흡착면(83A)에 기판(W)을 흡착 및 유지한다.
정전 척 플레이트(83)의 흡착면(83A)에 흡착 및 유지되는 기판(W)은 높은 부식성 처리 가스를 이용한 플라즈마 처리를 반복적으로 받을 경우, 플라즈마 조사에 의해, 포커스 링(84)과 기판(W) 사이의 갭으로부터 노출된 흡착면(83A)이 부식된다. 부식된 면은, 열전달 특성에 악영향을 끼치고 흡착력을 저하시킨다. 이것은 정전 척 장치(80)의 수명을 단축시킨다.
정전 척 장치의 일 실시예는, 베이스 플레이트, 베이스 플레이트의 상면에 접속되고, 흡착 대상이 탑재되는 탑재 영역을 포함하는 정전 척(electrostatic chuck) 플레이트, 정전 척 플레이트에 임베드(embed)된 정전 전극, 베이스 플레이트의 상면에 위치되고, 정전 척 플레이트의 외측면 및 정전 척 플레이트의 상면의 일부를 덮는 포커스 링(focus ring), 정전 척 플레이트의 상면에서, 평면에서 볼 때, 포커스 링과 탑재 영역 사이의 영역에 해당하는 부분에 위치되는 홈, 및 홈을 충전하는 보호층을 포함한다. 홈은, 평면에서 볼 때, 정전 전극과는 이격된 위치에 위치된다. 보호층은, 정전 척 플레이트를 형성하는 재료보다 내(耐)플라즈마성이 높은 재료로 형성된다.
정전 척 장치는 정전 척 플레이트의 부식을 제한한다.
도 1a는 정전 척 장치의 제 1 실시예를 나타내며 도 2의 라인 1-1을 따른 개략 단면도.
도 1b는 도 1a에 나타내는 정전 척 장치의 부분 확대 단면도.
도 2는 도 1a의 정전 척 장치를 나타내는 개략 평면도.
도 3a 내지 도 3d는 도 1a의 정전 척 장치의 제조 방법을 나타내는 개략 단면도.
도 4a 및 도 4b는 도 1a의 정전 척 장치의 제조 방법을 나타내는 개략 단면도.
도 5는 정전 척 장치의 제 2 실시예를 나타내는 개략 단면도.
도 6은 정전 척 장치의 변형예를 나타내는 개략 단면도.
도 7은 종래기술의 정전 척 장치의 개략 단면도.
다른 실시예 및 그 이점은, 본 발명의 원리를 예를 들어 나타내는 첨부된 도면과 함께 이하의 설명에서 명백해질 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 예시 및 설명을 위한 것이고 청구되는 본 발명을 제한하는 것은 아님을 이해해야 한다.
실시예들은, 목적 및 그 이점과 함께, 첨부된 도면과 현재의 바람직한 실시예의 다음의 설명을 참조하여 최선으로 이해될 것이다.
이하, 각 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도면 중의 요소는 간결 및 명확화를 위해 부분적으로 확대되고, 이에 따라 반드시 축척대로 그려진 것은 아니다. 용이한 이해를 위해, 해칭선은 단면도에서 도시되지 않거나 음영으로 대체될 수 있다.
제 1 실시예
이하, 제 1 실시예를 도 1a 내지 도 4b를 참조하여 설명한다.
도 1a에 나타낸 바와 같이, 정전 척 장치(10)는 베이스 플레이트(20), 접착층(30), 정전 척(ESC) 플레이트(40), 및 포커스 링(50)을 포함한다. 정전 척 플레이트(40)는 접착층(30)에 의해 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)에 본딩된다.
베이스 플레이트(20)의 형태 및 크기는 특별히 한정되지 않는다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 베이스 플레이트(20)는, 예를 들면 정전 척 플레이트(40) 상에 탑재되는 기판(W)의 형상에 순응하여 원형 플레이트의 형상을 갖는다. 베이스 플레이트(20)의 직경은, 예를 들면 약 150㎜ 내지 500㎜일 수 있다. 베이스 플레이트(20)의 두께는, 예를 들면 약 10㎜ 내지 50㎜일 수 있다. 본원에서, "원형 플레이트의 형상"은 원형 평면 형상 및 소정의 두께를 갖는 대상을 가리킨다. "원형 플레이트의 형상"은 직경에 대한 두께의 비율이 임의적일 수 있다. 또한, "원형 플레이트의 형상"은 부분적으로 오목부 및 볼록부를 포함할 수 있다. 본원에서, "평면에서 볼 때"란, 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)의 법선 방향에서 본 대상의 뷰를 가리킨다. 용어 "평면 형태"는 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)의 법선 방향에서 본 대상의 형태를 가리킨다.
베이스 플레이트(20)의 재료는, 예를 들면 알루미늄 또는 초경합금 등의 금속 재료, 또는 이러한 금속 재료의 복합 재료 및 세라믹 재료일 수 있다. 본 실시예에서는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이, 입수성(obtainability), 가공성, 및 양호한 열전도성의 관점에서 사용된다. 또한, 베이스 플레이트(20)의 표면은 애노다이징(anodizing) 처리된다(절연층 형성).
도면에는 표시하지 않았지만, 베이스 플레이트(20)에는, 예를 들면 기판(W)을 냉각하는 데 사용되는 가스 공급로 및 리프트 핀을 수용하는 구멍이 설치될 수 있다.
접착층(30)은, 정전 척 플레이트(40)를 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)에 본딩한다. 접착층(30)은, 정전 척 플레이트(40)로부터 베이스 플레이트(20)에 열을 전달한다. 따라서, 접착층(30)은, 베이스 플레이트(20)를 정전 척 플레이트(40)에 본딩하고 또한 열전도 부재로서 기능하는 접착제로서 기능한다. 접착층(30)의 재료는 열전도율이 높은 것이 바람직하다. 예를 들면, 실리콘 수지가 접착층(30)의 재료로서 사용될 수 있다. 접착층(30)의 두께는, 예를 들면 약 0.05㎜ 내지 2.0㎜일 수 있다.
정전 척 플레이트(40)는 척 플레이트 본체(41), 정전 전극(42), 및 발열체(heating element)(43)를 포함한다. 정전 전극(42) 및 발열체(43)는 척 플레이트 본체(41)에 임베드된다. 절연 재료가 척 플레이트 본체(41)의 재료로서 사용될 수 있다. 척 플레이트 본체(41)의 재료는, 예를 들면 알루미나, 질화알루미늄, 또는 질화실리콘 등의 세라믹, 또는 실리콘 수지 또는 폴리이미드 수지 등의 유기 재료일 수 있다. 본 실시예에서, 알루미나가, 입수성, 가공성, 및 상대적으로 높은 내플라즈마성 등의 관점에서 척 플레이트 본체(41)의 재료로서 사용된다.
척 플레이트 본체(41)(정전 척 플레이트(40))의 형태 및 크기는 특별히 한정되지 않는다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 척 플레이트 본체(41)(정전 척 플레이트(40))는, 예를 들면 기판(W)의 형태에 순응하는 원형 플레이트의 형상을 갖는다.
본 예에서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 척 플레이트 본체(41)는, 평면에서 볼 때, 원형이고, 예를 들면 베이스 플레이트(20)보다 직경이 작다. 따라서, 척 플레이트 본체(41)는 베이스 플레이트(20)보다 평면 형태가 작다. 척 플레이트 본체(41)는, 평면에서 볼 때, 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)의 중앙부에 위치된다. 따라서, 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)의 외주부는 척 플레이트 본체(41)의 외측에 위치된다. 척 플레이트 본체(41)는, 기판(W)보다 직경이 크도록 설정된다(도 1 참조). 척 플레이트 본체(41)의 직경은, 예를 들면 약 100㎜ 내지 450㎜일 수 있다. 척 플레이트 본체(41)의 두께는, 예를 들면 약 1㎜ 내지 10㎜일 수 있다. 도 2는, 포커스 링(50)을 투명한 것과 같이 나타낸다.
도 1a에 나타낸 바와 같이, 척 플레이트 본체(41)는 상면(41A)과, 상면(41A)의 반대 측에 위치되는 접착면(41B)(도 1a에서 하면)을 포함한다. 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)은, 기판(W)이 탑재되는 탑재 영역(A1)을 포함한다. 접착면(41B)은, 상면(41A)에 평행하도록 접착층(30)에 의해 본딩된다.
도면에 나타내지 않았지만, 척 플레이트 본체(41)에는, 예를 들면 기판(W)을 냉각하는 데 사용되는 가스 공급로 및 리프트 핀을 수용하는 구멍이 설치될 수 있다. 다음의 설명에서, 척 플레이트 본체(41)는 정전 척 플레이트(40)라 할 수 있다.
각 정전 전극(42)은, 예를 들면 박막 전극이다. 정전 전극(42)은, 척 플레이트 본체(41)에서, 척 플레이트 본체(41)의 상면(41a)에 근접한 위치에 임베드된다. 정전 전극(42)은, 흡착 전원(72)에 전기 접속된다. 흡착 전원(72)으로부터 전압이 인가되면, 정전 전극(42)은, 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)에, 흡착 대상인 기판(W)을 흡착 및 유지하는 정전기력을 발생시킨다. 이로 인해, 상면(41A)에, 기판(W)이 고정된다. 정전 전극(42)의 재료는, 예를 들면 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo)일 수 있다.
발열체(43)는, 척 플레이트 본체(41)에서, 정전 전극(42)과 접착면(41B) 사이의 위치에 임베드된다. 발열체(43)는, 척 플레이트 본체(41)의 상면(41a)에 평행하게 배치된다. 발열체(43)는, 가열 전원(74)에 전기 접속된다. 발열체(43)는, 예를 들면 상면(41a)에 흡착 및 유지되는 기판(W) 전체가 균일한 온도를 갖도록 제어된다. 발열체(43)의 재료는, 예를 들면 텅스텐 또는 몰리브덴일 수 있다.
홈(41X)이, 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)으로부터 접착면(41B)을 향해 연장된다. 홈(41X)을 획정하는 바닥벽이 척 플레이트 본체(41)의 두께 방향의 중간 위치에 위치된다. 홈(41X)을 획정하는 바닥벽은, 예를 들면 정전 전극(42)의 상면보다 높은 높이에 위치된다. 홈의 깊이(41X)는, 예를 들면 약 100㎛ 내지 200㎛일 수 있다. 척 플레이트 본체(41)의 두께는, 예를 들면 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)으로부터 정전 전극(42)의 상면까지, 예를 들면 약 250㎛ 내지 600㎛일 수 있다.
홈(41X)은, 평면에서 볼 때, 정전 척 플레이트(40)의 표면(본 예에서, 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A))에서, 포커스 링(50)과 기판(W)의 탑재 영역(A1) 사이의 영역에 해당하는 부분에 위치된다. 즉, 홈(41X)은, 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)에서, 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)에 탑재되는 기판(W)과 포커스 링(50) 사이의 갭으로부터 노출되는 부분에 위치된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 홈(41X)은, 평면에서 볼 때, 포커스 링(50)의 내연(inner edge)(도 2에서 파선 참조)과 탑재 영역(A1)의 외연(outer edge)(도 2에서 단일 대시선 참조) 사이에 위치되는 환상(環狀) 영역에 해당하는 상면(41A)의 부분을 통해 연속적으로 연장된다. 따라서, 홈(41X)은, 평면에서 볼 때, 환상(고리 형태)이고, 탑재 영역(A1)의 외연 전체를 둘러싼다. 본 예에서, 도 1b 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 홈(41X)의 외연은, 평면에서 볼 때, 포커스 링(50)의 내주부와 겹치는 위치에 위치된다. 또한, 홈(41X)의 내연은, 평면에서 볼 때, 탑재 영역(A1)의 외주부와 겹치는 위치에 위치된다.
홈(41X)의 폭은, 예를 들면 약 2㎜ 내지 4㎜일 수 있다. 포커스 링(50)의 내연과 탑재 영역(A1)의 외연 사이의 영역의 폭은, 예를 들면 약 1㎜ 내지 2㎜일 수 있다.
도 1b에 나타낸 바와 같이, 홈(41X)은, 평면에서 볼 때, 정전 전극(42)과는 이격된 위치에 위치된다. 본 실시예에서, 홈(41X)의 폭 방향의 단면은 역(逆)사다리꼴 형상을 갖는다. 홈(41X)은, 상측 개방단, 바닥벽, 내벽면을 포함한다. 홈(41X)의 바닥벽의 폭은 홈(41X)의 상측 개방단의 폭보다 작다. 환언하면, 도 1b에서, 홈(41X)은, 상측 개방단의 폭이 상측 개방단(상면(41A)에 근접한 위치)으로부터 아래쪽을 향함에 따라 줄어들게 테이퍼진다. 따라서, 홈(41X)의 내벽면은, 바닥벽의 폭이 상측 개방단의 폭보다 작도록, 상면(41A)과 동일한 높이에 위치되는 홈(41X)의 상측 개방단으로부터 경사진다.
보호층(60)은 홈(41X)에 임베드된다. 홈(41X)에는, 예를 들면 보호층(60)이 충전된다. 따라서, 보호층(60)은, 평면에서 볼 때, 포커스 링(50)과 탑재 영역(A1) 사이의 영역에 위치된다. 즉, 보호층(60)은, 포커스 링(50)과 탑재 영역(A1)(탑재 영역(A1)에 탑재되는 기판(W)) 사이의 영역에 위치되는 척 플레이트 본체(41)의 면(여기서, 홈(41X)을 획정하는 내벽면)을 덮는다. 홈(41X)과 마찬가지로, 보호층(60)은, 평면에서 볼 때, 환상이다. 본 실시예에서, 보호층(60)은, 평면에서 볼 때, 포커스 링(50)의 내주부와 겹치는 위치에 위치된 외주부를 포함한다. 보호층(60)은, 평면에서 볼 때, 탑재 영역(A1)의 외주부와 겹치는 위치에 위치된 내주부를 포함한다. 본 예에서, 보호층(60)은 상면(60A)을 포함하고, 그 외주부는 포커스 링(50)의 하면의 내주부와 접촉한다. 보호층(60)의 상면(60A)의 내주부는, 탑재 영역(A1)에 위치되는 기판(W)의 하면의 외주부와 접촉한다. 보호층(60)의 상면(60A)은, 예를 들면 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)과 동일 평면(즉, 동일 높이)이 되도록 설정된다. 보호층(60)의 상면(60A) 및 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)은, 예를 들면 연마된 면이다.
정전 척 장치(10)는, 예를 들면 플라즈마 에칭 장치에 설치된다. 플라즈마 에칭 장치가 높은 부식성 처리 가스를 이용하여 플라즈마 처리를 행할 경우, 보호층(60)은, 플라즈마 조사에 의해 야기되는 부식으로부터 척 플레이트 본체(41)를 보호한다. 보호층(60)에는, 척 플레이트 본체(41)를 형성하는 재료(예를 들면, 알루미나)보다 내플라즈마성이 높은 재료를 사용할 수 있다. 보호층의 재료(60)는, 예를 들면 Y2O3(yttria) 또는 YAG(yttrium aluminum garnet)일 수 있다.
도 1a에 나타낸 바와 같이, 정전 척 장치(10)에 있어서, 단차(10X)가, 정전 척 플레이트(40)의 외측면, 접착층(30)의 외측면, 및 정전 척 플레이트(40)의 외측에 위치되는 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)의 외주부에 의해 획정된다. 단차(10X)는, 정전 척 플레이트(40)의 외주를 통해 연장된다. 본 예에서, 단차(10X)는, 평면에서 볼 때, 환상이다.
포커스 링(50)은 단차(10X)에 끼워맞춰진다. 포커스 링(50)은, 예를 들면 볼트 또는 나사 등의 체결 부재(도시 생략)에 의해, 정전 척 플레이트(40)의 외측에 위치되는 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)의 외주부에 체결된다. 따라서, 포커스 링(50)은 착탈 가능하게 베이스 플레이트(20)에 부착된다.
단차(10X)와 마찬가지로, 포커스 링(50)은 정전 척 플레이트(40)의 외주 전체를 따라 연장된다. 포커스 링(50)은 척 플레이트 본체(41)의 외측면 전체 및 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)의 외주부를 덮는다. 그러나, 포커스 링(50)의 형태 및 크기는, 척 플레이트 본체(41)의 원하는 면을 덮을 수 있다면, 특별히 한정되지 않는다. 본 예에서, 포커스 링(50)은, 예를 들면 단차(10X)의 형태에 순응하여, 환상(고리 형태)이다.
포커스 링(50)은, 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)에 위치되는 본체(51) 및 본체(51)의 상측 내면으로부터 안쪽으로 돌출되는 돌출부(52)를 포함한다. 본체(51) 및 돌출부(52)는 서로 일체로 형성된다.
본체(51)는 환상이고, 척 플레이트 본체(41)의 외측면 전체를 덮는다. 본체(51)는, 척 플레이트 본체(41)의 외측면과 접촉하는 내주면을 포함한다. 본체(51)의 내경은, 예를 들면 척 플레이트 본체(41)의 외경과 실질적으로 동일하게 설정된다. 본체(51)의 내주면과 척 플레이트 본체(41)의 외측면 사이에는 갭이 없는 것이 바람직하다. 그러나, 본원에서, "갭이 없다"는 것은, 동일한 형태를 갖는 2개의 대향면이 서로 접촉하고 가공 정밀도 등으로 인해 2개의 대향면 사이에 미세한 갭이 있을 수 있음을 의미한다. 본체(51)의 외경은, 예를 들면 베이스 플레이트(20)의 외경과 실질적으로 동일하게 설정된다.
돌출부(52)는, 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)의 외주부를 덮도록, 본체(51)의 상측 내주면으로부터 척 플레이트 본체(41)의 중앙(탑재 영역(A1))을 향해 돌출한다. 따라서, 돌출부(52)는 환상(고리 형태)이다. 돌출부(52)는, 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)의 외주부와 접촉하는 하면을 포함한다. 돌출부(52)의 하면으로부터 본체(51)의 하면까지의 포커스 링(50)의 두께는, 접착층(30) 및 척 플레이트 본체(41)의 전체 두께와 실질적으로 동일하게 설정된다. 돌출부(52)의 하면과 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A) 사이에는 갭이 없는 것이 바람직하다.
돌출부(52)의 내경은, 탑재 영역(A1)에 탑재되는 기판(W)의 외경보다 크게 설정된다. 따라서, 포커스 링(50)으로부터 돌출부(52)의 내측에서 탑재 영역(A1)이 노출된다. 도 1b에 나타낸 바와 같이, 돌출부(52)는, 평면에서 볼 때, 홈(41X) 및 보호층(60)의 외연과 겹치는 위치에 위치되는 내주부(단부)를 포함한다. 돌출부(52)의 하면은, 보호층(60)의 상면(60A)의 외주부와 접촉하는 내주부를 포함한다. 돌출부(52)의 두께는, 예를 들면 기판(W)의 두께와 실질적으로 동일하게 설정된다. 돌출부(52)의 두께는, 예를 들면 약 0.5㎜ 내지 1㎜일 수 있다.
예를 들면, 포커스 링(50)에는, 정전 척 플레이트(40)의 재료보다 내플라즈마성이 높은 재료가 사용될 수 있다. 포커스 링(50)의 재료는, 예를 들면 실리콘, 석영, 세라믹, 불소 수지 등일 수 있다.
이하, 정전 척 장치(10)의 제조 방법을 설명한다.
도 3a에 나타낸 바와 같이, 베이스 플레이트(20)와, 정전 전극(42) 및 발열체(43)를 통합한 정전 척 플레이트(40)를 준비한다. 베이스 플레이트(20) 및 정전 척 플레이트(40)는, 상세히는 설명하지 않지만 공지된 제조 프로세스를 통해 각각 제조된다. 예를 들면, 그린 시트에 텅스텐을 부가하여 인쇄를 행하고 그린 시트를 적층한 후, 그린 시트의 적층체를 소성하여 정전 척 플레이트(40)를 형성한다. 정전 척 플레이트(40)는 접착층(30)에 의해 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)에 본딩된다.
도 3a의 단계에서, 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)의 소정의 부분에 홈(41X)이 형성된다. 홈(41X)은, 예를 들면 기계 가공 또는 레이저 가공을 통해 형성될 수 있다. 본 예에서, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 홈(41X)은, 홈(41X)의 내벽면이 홈(41X)의 상측 개방단으로부터 안쪽으로 경사지고, 홈(41X)의 바닥벽의 폭이 상측 개방단의 폭보다 작아지도록 형성된다. 홈(41X)은, 정전 척 플레이트(40)가 베이스 플레이트(20)에 본딩되기 전 또는 후에 형성될 수 있다(도 3a 참조).
도 3c 및 도 3d의 단계들에서, 홈(41X)은 보호층(60)의 재료로 충전된다. 도 3c의 단계에서, 예를 들면 홈(41X)에 이트리아를 용사(thermal spray)하여, 홈(41X)을 이트리아로 충전한다. 결과적으로, 홈(41X)을 획정하는 내벽면은 보호층(60)에 의해 덮인다. 용사 단계에서, 스프레이 재료(여기에서는, 이트리아)는, 용융 또는 반용융 입자를 얻도록, 연소 에너지 또는 전기 에너지에 의해 가열된다. 입자가 홈(41X)을 획정하는 내벽면에 고속으로 충돌하여 용사 코팅(보호층(60))을 형성한다. 용사는, 가스식 플레임 스프레잉, 전기식 아크 스프레잉, 전기식 플라즈마 스프레잉 등일 수 있다. 보호층(60)을 형성하는 프로세스는 용사에 한정되지 않고, 콜드 스프레잉, 에어로졸 증착 프로세스, 소결 등일 수 있다.
척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)에서 돌출되는 보호층(60)을 연마 및 평탄화한다. 그 결과, 도 3d에 나타낸 바와 같이, 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)은 보호층(60)의 상면(60A)과 실질적으로 동일 평면으로 된다. 보호층(60)은, 예를 들면 기계적 연마, 화학 기계적 연마(CMP) 등을 통해 연마될 수 있다.
도 4a에 나타낸 바와 같이, 상기 제조 단계들을 통해, 보호층(60)은, 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)에 접착층(30)에 의해 본딩되는 정전 척 플레이트(40)의 홈(41X)에 임베드된다. 또한, 정전 척 플레이트(40)의 외주를 따라 연장되는 고리 형상 단차(10X)는, 정전 척 플레이트(40)의 외측면, 접착층(30)의 외측면, 및 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)의 외주부에 의해 획정된다.
도 4b의 단계에서, 포커스 링(50)은 단차(10X)에 끼워맞춰진다. 포커스 링(50)은, 볼트 등의 체결 부재(도시 생략)에 의해 정전 척 플레이트(40)의 외측에 위치되는 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)의 외주부에 끼워맞춰진다. 포커스 링(50)은, 정전 척 플레이트(40)의 외측면 전체, 접착층(30)의 외측면 전체, 정전 척 플레이트(40)의 상면(41A)의 외주부, 및 보호층(60)의 상면(60A)의 외주부를 덮는다. 상술한 제조 스텝들에 의해, 정전 척 장치(10)가 제조된다.
본 실시예는 다음에 설명하는 이점을 갖는다.
(1) 홈(41X)은, 정전 척 플레이트(40)(척 플레이트 본체(41))의 상면(41A)에서, 포커스 링(50)과 탑재 영역(A1) 사이의 영역에 해당하는 부분에 위치된다. 홈(41X)은 보호층(60)으로 충전된다. 보호층(60)은, 정전 척 플레이트(40)의 상면(41A)의 플라즈마 조사를 제한한다. 따라서, 부식성이 높은 불소 또는 염소 처리 가스를 이용하여, 정전 척 장치(10)에 흡착 및 유지되는 기판(W)에 플라즈마 처리가 반복해서 행해지는 경우에도, 플라즈마 조사에 의해 야기되는 정전 척 플레이트(40)의 부식이 제한될 수 있다. 이것은, 정전 척 플레이트(40)의 수명의 단축을 제한하고, 궁극적으로는 정전 척 장치(10)의 수명의 단축을 제한한다.
플라즈마가 조사되는 보호층(60)은, 정전 척 플레이트(40)의 재료보다 내플라즈마성이 높은 재료로 형성된다. 이로 인해, 플라즈마 조사에 의해 야기되는 보호층(60)의 부식이 제한된다.
(2) 홈(41X)에는, 정전 척 플레이트(40)의 재료와는 다른 재료로 형성되는 보호층(60)이 충전된다. 따라서, 보호층(60)이 플라즈마 조사에 의해 부식되는 경우에도, 홈(41X)에 새로운 보호층(60)이 쉽게 형성될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 조사에 의해 부식된 보호층(60)이 홈(41X)으로부터 제거될 수 있다. 이어서, 새로운 보호층(60)이 홈(41X)에 쉽게 형성될 수 있다. 새로운 보호층(60)은, 정전 척 플레이트(40)를 플라즈마 조사에 의해 야기되는 부식으로부터 보호한다. 정전 척 플레이트(40)를 보호하기 위한 보호층(60)의 반복적인 교환은, 정전 척 장치(10)의 수명을 크게 연장할 수 있다.
(3) 도 7의 종래기술에서, 플라즈마 조사에 의해 부식된 정전 척 플레이트(83)의 흡착면(83A)을 연마하여, 정전 척 장치(80)의 수명을 연장할 수 있다. 이러한 연마 프로세스는 흡착력을 안정화시키지만, 정전 척 플레이트(83)의 두께를 감소시킨다. 따라서, 포커스 링(84)의 높이를 조정할 필요가 있다. 또한, 흡착면(83A)이 연마될 경우, 정전 척 플레이트(83)는, 흡착면(83A)과 정전 전극(85) 사이가 박형화된다. 이로 인해, 정전 척 플레이트(83)의 내전압이 저하된다.
이 점에서, 본 실시예에서, 정전 척 플레이트(40)는, 정전 척 플레이트(40)의 재료와는 다른 재료로 형성되는 보호층(60)에 의해 보호된다. 따라서, 보호층(60)이 부식될 경우, 보호층(60)을 단독으로 교환할 수 있다. 이 경우에, 보호층(60)을 반복적으로 교환해도, 정전 척 플레이트(40)의 두께는 실질적으로 변하지 않는다. 이것은 포커스 링(50)의 높이를 조정할 필요를 없앤다. 또한, 정전 척 플레이트(83)의 내전압이 저하되지 않는다.
(4) 보호층(60)은 홈(41X)에 위치된다. 따라서, 보호층(60)은, 보호층(60)이 척 플레이트 본체(41)의 상면(41A)에 위치될 경우에 비해, 쉽게 두껍게 될 수 있다. 이것은, 보호층(60)의 내압을 향상시키고, 또한 플라즈마 부식에 대한 정전 척 장치(10)의 내성을 향상시킨다. 또한, 보호층(60)의 형성에 기인한 정전 척 장치(10)의 대형화가 제한될 수 있다.
(5) 홈(41X)은, 평면에서 볼 때, 정전 전극(42)과는 이격된 위치에 위치된다. 이것은 홈(41X)이 깊게 형성되게 할 수 있다. 따라서, 보호층(60)을 더 두껍게 할 수 있다. 이것은, 보호층(60)의 내압을 더 향상시키고, 또한 플라즈마 부식에 대한 정전 척 장치(10)의 내성을 더 향상시킨다.
(6) 홈(41X)의 내벽면은, 홈(41X)의 바닥벽의 폭이 상측 개방단의 폭보다 작아지도록, 홈(41X)의 상측 개방단으로부터 홈(41X)의 내측을 향해 경사진다. 이것은, 홈(41X) 및 보호층(60)을 획정하는 내벽면들간의 접촉 면적을 증가시킨다. 따라서, 척 플레이트 본체(41)와 보호층(60) 사이에서, 밀착성을 향상된다. 또한, 보호층(60)의 연마시 등에, 홈(41X)의 상측 개방단을 획정하는 정전 척 플레이트(40)의 에지에서의 균열을 제한한다.
(7) 보호층(60)의 외주부는, 평면에서 볼 때, 포커스 링(50)의 돌출부(52)의 내주부와 겹치는 위치에 위치된다. 따라서, 포커스 링(50)의 내주부의 위치가 제조 오차 등으로 인해 의도한 위치로부터 벗어나는 경우에도, 보호층(60)은, 포커스 링(50)과 기판(W) 사이의 갭으로부터 노출되는 정전 척 플레이트(40)의 상면(41A)을 덮는다.
(8) 보호층(60)의 내주부는, 평면에서 볼 때, 탑재 영역(A1)의 외주부와 겹치는 위치에 위치된다. 따라서, 기판(W)이 탑재 영역(A1)로부터 어긋난 경우에도, 보호층(60)은, 포커스 링(50)과 기판(W) 사이의 갭으로부터 노출되는 정전 척 플레이트(40)의 상면(41A)을 덮는다
제 2 실시예
이하, 제 2 실시예를 도 5를 참조하여 설명한다. 제 2 실시예는, 정전 척 장치(10A)가 정전 척 플레이트(40)와는 다른 구조를 갖는 정전 척 플레이트(40A)를 포함한다는 점에서 제 1 실시예와 다르다. 제 1 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다. 도 1a 내지 도 4d에 나타난 대응 구성 요소와 동일한 요소에는, 동일한 참조 부호를 부여한다. 이러한 요소는 구체적으로 설명하지 않는다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 정전 척 플레이트(40A)는 척 플레이트 본체(45), 정전 전극(42), 및 발열체(43)를 포함한다. 정전 전극(42) 및 발열체(43)는 척 플레이트 본체(45)에 임베드된다.
척 플레이트 본체(45)는, 접착층(30)에 의해 베이스 플레이트(20)의 상면(20A)에 본딩되는 본체(46), 및 본체(46)의 상면(46A)에서 위쪽으로 돌출되고 본체(46)보다 평면 형상이 작은 유지 베이스(47)를 포함한다.
본체(46) 및 유지 베이스(47)의 형태 및 크기는 특별히 한정되지 않는다. 본체(46) 및 유지 베이스(47)는 각각, 예를 들면 기판(W)의 형상에 순응하여 원형 플레이트의 형상을 갖는다. 본체(46)의 직경은 베이스 플레이트(20)의 직경보다 작게 설정된다. 유지 베이스(47)의 직경은 본체(46)의 직경보다 작게 설정된다. 따라서, 척 플레이트 본체(45)는 유지 베이스(47)의 외측면 및 본체(46)의 상면(46A)에 의해 형성되는 단차를 포함한다. 본 예에서, 유지 베이스(47)의 직경은 기판(W)의 직경보다 작게 설정된다.
본체(46)는 상면(46A), 및 상면(46A)과는 반대편에 위치되고 접착층(30)에 의해 본딩되는 접착면(도 5에서, 하면)(46B)을 포함한다. 유지 베이스(47)는, 기판(W)이 탑재되는 상면(47A)을 포함한다. 본 예에서, 유지 베이스(47)의 상면(47A) 전체는 탑재 영역(A1)으로서 기능한다.
정전 전극(42)은 유지 베이스(47)에 임베드된다. 본 예에서, 정전 전극(42)은, 유지 베이스(47)에서, 유지 베이스(47)의 상면(47A)에 근접한 위치에 임베드된다. 발열체(43)는, 예를 들면 본체(46) 내에 매설된다.
홈(46X)은 본체(46)의 상면(46A)으로부터 접착면(46B)을 향해 연장된다. 홈(46X)을 획정하는 바닥벽이, 본체(46)의 두께 방향의 중간 위치에 위치된다. 본 예에서, 홈(46X)을 획정하는 바닥벽은, 발열체(43)의 상면에서 위쪽을 향해 위치된다.
홈(46X)은, 평면에서 볼 때, 정전 척 플레이트(40)의 표면(본 예에서는, 본체(46)의 상면(46A))에서, 포커스 링(50)과 탑재 영역(A1)(본 예에서는, 유지 베이스(47)의 상면(47A)) 사이의 영역에 해당하는 부분에 위치된다. 즉, 홈(46X)은, 본체(46)의 상면(46A)에서, 포커스 링(50)과 유지 베이스(47)의 외측면 사이의 갭으로부터 노출되는 부분에 위치된다.
본 예에서, 홈(46X)은, 평면에서 볼 때, 포커스 링(50)의 내주부(돌출부(52)의 내연)와 유지 베이스(47)의 외측면 사이에 위치되는 환상 영역에 해당하는 상면(46A)의 부분을 통해 연속적으로 연장된다. 따라서, 홈(46X)은, 평면에서 볼 때, 환상(고리 형태)이고, 유지 베이스(47)의 외주(외측면) 전체를 둘러싼다. 홈(46X)은, 평면에서 볼 때, 정전 전극(42)과는 이격된 위치에 위치된다. 본 예에서, 홈(46X)의 외연은, 평면에서 볼 때, 돌출부(52)의 내주부와 겹치는 위치에 위치된다. 홈(46X)은, 예를 들면 유지 베이스(47)의 외측면과 연속되는 내벽을 포함한다.
보호층(60)은 홈(46X)에 임베드된다. 홈(46X)은, 예를 들면 보호층(60)으로 충전된다. 따라서, 보호층(60)은, 평면에서 볼 때, 포커스 링(50)의 돌출부(52)와 유지 베이스(47)의 외측면 사이의 영역에 위치된다. 즉, 보호층(60)은, 포커스 링(50)의 돌출부(52)와 유지 베이스(47)의 외측면 사이의 영역에 위치되는 본체(46)의 면(여기에서는, 홈(46X)을 획정하는 내벽면)을 덮는다. 보호층(60)의 외주부는, 평면에서 볼 때, 돌출부(52)의 내주부와 겹치는 위치에 위치된다. 본 예에서, 보호층(60)의 상면(60A)의 외주부는, 돌출부(52)의 하면의 내주부와 접촉한다.
정전 척 장치(10A)에서, 단차(10X)는, 본체(46)의 외측면, 접착층(30)의 외측면, 및 본체(46)의 외측에 위치되는 베이스 플레이트의 상면(20A)의 외주부에 의해 획정된다.
포커스 링(50)은 단차(10X)에 끼워맞춰진다. 포커스 링(50)은 본체(46)의 외측면 전체 및 본체(46)의 상면(46A)의 외주부를 덮는다. 본 예에서, 포커스 링(50)의 본체(51)는 환상이며, 본체(46)의 외측면 전체를 덮는다. 본체(51)의 내주면은, 본체(46)의 외측면과 접촉한다. 포커스 링(50)의 돌출부(52)는 환상(고리 형태)이며, 본체(46)의 상면(46A)의 외주부를 덮도록, 본체(51)의 상측 내면으로부터 본체(46)의 중심(유지 베이스(47))을 향해 돌출된다. 돌출부(52)의 하면은, 본체(46)의 상면(46A)의 외주부와 접촉한다.
제 2 실시예는 제 1 실시예와 동일한 이점을 갖는다.
또한, 전술한 실시예가 본 개시의 범주에서 벗어나지 않고 많은 다른 특정 형태로 채용될 수 있음은, 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 특히, 전술한 실시예는 다음의 형태로 채용될 수 있음을 이해해야 한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시예의 정전 척 장치(10A)에서, 보호층(60)은 유지 베이스(47)의 외측면을 덮도록 형성될 수 있다. 이 변형예에서, 보호층(60)은 홈(46X)을 충전하고 또한 유지 베이스(47)의 외측면 전체를 덮는다. 이 구조에서, 보호층(60)은, 포커스 링(50)과 기판(W)(유지 베이스(47)) 사이의 갭으로부터 노출되는 유지 베이스(47)의 외측면을 덮는다. 이로 인해, 플라즈마 조사에 의해 야기되는 유지 베이스(47)의 외측면의 부식이 제한된다.
제 2 실시예에서, 유지 베이스(47)의 직경은, 기판(W)의 직경보다 크거나 직경과 실질적으로 동일하게 설정될 수 있다. 유지 베이스(47)의 직경이 기판(W)의 직경보다 크게 설정될 경우, 예를 들면 기판(W)의 외측에 위치되는 유지 베이스(47)의 상면(47A)의 외주부에 추가적인 홈이 형성되는 것이 바람직하다. 홈을 획정하는 내벽면은, 추가적인 보호층에 의해 덮인다. 이 경우에, 추가적인 홈은, 예를 들면 제 1 실시예의 홈(41X)과 마찬가지로 형성될 수 있다. 추가적인 보호층은, 예를 들면 제 1 실시예의 보호층(60)과 마찬가지로 형성될 수 있다.
상기 실시예의 홈(41X, 46X)은, 각각 폭 방향을 따른 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 홈(41X)의 폭 방향의 단면 형상은, 예를 들면 반원, 반타원, 또는 직사각형일 수 있다. 또한, 홈(46X)의 폭 방향의 단면 형상은 사다리꼴, 반원, 반타원, 또는 직사각형일 수 있다.
본원에서 열거되는 모든 예 및 조건부 언어는, 교시적 목적으로, 본 발명의 원리 및 기술의 진보에 대해 발명자가 기여한 개념의 독작의 이해를 돕는 것을 의도하고 있으며, 이렇게 구체적으로 열거된 예들 및 조건들에 대한 제한이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 또한 본원에서의 이러한 예들의 구성이 본 발명의 우열을 나타내는 것에 관한 것은 아니다. 실시예를 상세하게 설명했지만, 다양한 변경, 치환 및 변경이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다.
10 : 정전 척 장치
10X : 단차
20 : 베이스 플레이트
30 : 접착층
40 : 정전 척 플레이트
41 : 척 플레이트 본체
42 : 정전 전극
43 : 발열체
50 : 포커스 링
51 : 본체
52 : 돌출부
60 : 보호층
72 : 흡착 전원
74 : 가열 전원

Claims (10)

  1. 정전 척 장치로서,
    베이스 플레이트,
    상기 베이스 플레이트의 상면에 접속되고, 흡착 대상이 탑재되는 탑재 영역을 포함하는 정전 척(electrostatic chuck) 플레이트,
    상기 정전 척 플레이트에 임베드(embed)된 정전 전극,
    상기 베이스 플레이트의 상면에 위치되고, 상기 정전 척 플레이트의 외측면 및 상기 정전 척 플레이트의 상면의 일부를 덮는 포커스 링(focus ring),
    상기 정전 척 플레이트의 상면에서, 평면에서 볼 때, 상기 포커스 링과 상기 탑재 영역 사이의 영역에 해당하는 부분에 위치되는 홈, 및
    상기 홈을 충전하는 보호층을 포함하고,
    상기 홈은, 평면에서 볼 때, 정전 전극과는 이격된 위치에 위치되고,
    상기 보호층은, 정전 척 플레이트를 형성하는 재료보다 내(耐)플라즈마성이 높은 재료로 형성되고,
    상기 홈은 상측 개방단(open end), 바닥벽, 및 내벽면을 포함하고,
    상기 상측 개방단은, 상기 정전 척 플레이트의 상면과 높이가 동일하고,
    상기 내벽면은, 상기 바닥벽의 폭이 상기 상측 개방단의 폭보다 작도록, 상기 홈의 상측 개방단으로부터 경사지고,
    상기 정전 척 플레이트는,
    접착층에 의해 베이스 플레이트에 본딩되는 본체, 및
    상기 본체의 상면에서 위쪽으로 돌출되고, 평면에서 볼 때, 상기 본체보다 작은 유지 베이스 - 상기 유지 베이스는 상면 전체가 상기 흡착 대상이 직접 재치되는 상기 탑재 영역으로서 기능함 - 를 포함하고,
    상기 정전 척 장치는, 상기 본체의 외측면과, 상기 본체의 외측에 위치되는 상기 베이스 플레이트의 상면에 의해 획정되는 단차를 더 포함하고,
    상기 단차는 상기 본체의 외주를 따라 연장되고,
    상기 포커스 링은 상기 단차에 끼워맞춰지고, 상기 본체의 외측면 전체 및 상기 본체의 상면의 외주부를 덮고,
    상기 포커스 링은, 상기 유지 베이스의 외측면으로부터 갭을 두고 이격된 위치로서, 평면에서 볼 때, 상기 탑재 영역 및 상기 흡착 대상 모두와 중첩하지 않는 위치에 위치되고,
    상기 홈은, 상기 본체의 상면에서, 평면에서 볼 때, 상기 본체의 상면의 포커스 링의 내연과 상기 유지 베이스의 외측면 사이의 상기 갭에 해당하는 부분에 위치되는, 정전 척 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층의 상면은, 상기 정전 척 플레이트의 상기 본체의 상면과 높이가 동일한, 정전 척 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층은 외주부를 포함하고,
    상기 포커스 링은 내주부를 포함하고,
    상기 보호층의 외주부는, 평면에서 볼 때, 포커스 링의 내주부와 겹치는 위치에 위치되는 정전 척 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 유지 베이스의 외측면을 덮는 정전 척 장치.
  8. 정전 척 장치의 제조 방법으로서,
    흡착 대상이 탑재되는 탑재 영역을 포함하는 정전 척 플레이트를 베이스 플레이트의 상면에 접속하는 단계,
    상기 정전 척 플레이트에 홈을 형성하는 단계,
    상기 정전 척 플레이트를 형성하는 재료보다 내플라즈마성이 높은 재료로 형성되는 보호층으로 상기 홈을 충전하는 단계, 및
    상기 정전 척 플레이트의 외측면 및 상기 정전 척 플레이트의 상면의 일부를 덮는 포커스 링을, 상기 베이스 플레이트의 상면에 체결하는 단계를 포함하고,
    상기 홈은, 상기 정전 척 플레이트의 상면에서, 평면에서 볼 때, 상기 포커스 링과 탑재 영역 사이의 영역에 해당하는 부분에 위치되고,
    상기 홈은 상측 개방단(open end), 바닥벽, 및 내벽면을 포함하고,
    상기 상측 개방단은, 상기 정전 척 플레이트의 상면과 높이가 동일하고,
    상기 내벽면은, 상기 바닥벽의 폭이 상기 상측 개방단의 폭보다 작도록, 상기 홈의 상측 개방단으로부터 경사지고,
    상기 정전 척 플레이트는,
    접착층에 의해 베이스 플레이트에 본딩되는 본체, 및
    상기 본체의 상면에서 위쪽으로 돌출되고, 평면에서 볼 때, 상기 본체보다 작은 유지 베이스 - 상기 유지 베이스는 상면 전체가 상기 흡착 대상이 직접 재치되는 상기 탑재 영역으로서 기능함 - 를 포함하고,
    상기 정전 척 장치는, 상기 본체의 외측면과, 상기 본체의 외측에 위치되는 상기 베이스 플레이트의 상면에 의해 획정되는 단차를 더 포함하고,
    상기 단차는 상기 본체의 외주를 따라 연장되고,
    상기 포커스 링은 상기 단차에 끼워맞춰지고, 상기 본체의 외측면 전체 및 상기 본체의 상면의 외주부를 덮고,
    상기 포커스 링은, 상기 유지 베이스의 외측면으로부터 갭을 두고 이격된 위치로서, 평면에서 볼 때, 상기 탑재 영역 및 상기 흡착 대상 모두와 중첩하지 않는 위치에 위치되고,
    상기 홈은, 상기 본체의 상면에서, 평면에서 볼 때, 상기 본체의 상면의 포커스 링의 내연과 상기 유지 베이스의 외측면 사이의 상기 갭에 해당하는 부분에 위치되는, 정전 척 장치의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 보호층으로 상기 홈을 충전하는 단계는,
    용사(thermal spraying) 프로세스, 콜드 스프레잉 프로세스, 에어로졸(aerosol) 증착 프로세스, 및 소결(sintering) 프로세스 중의 하나를 통해 상기 홈에 상기 보호층을 형성하는 단계, 및
    상기 정전 척 플레이트의 상기 본체의 상면에서 위쪽으로 돌출되는 보호층의 부분을 연마하는 단계를 포함하는 정전 척 장치의 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 보호층의 상면은, 상기 정전 척 플레이트의 상기 본체의 상면과 높이가 동일한, 정전 척 장치의 제조 방법.
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