KR20030045152A - 물리적 증착 타겟 어셈블리 및 물리적 증착 타겟 어셈블리형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물리적 증착 타겟 및 지지대 어셈블리를 형성하는 방법을 제공한다. 물리적 증착 타겟이 제공되고 상기 물리적 증착 타겟은 10 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 갖는다. 상기 물리적 증착 타겟은 지지대에 연결된다. 상기 지지대는 11 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 갖는다. 또한 본 발명은 물리적 증착 타겟 및 상기 물리적 증착 타겟에 연결된 지지대를 포함하는 어셈블리를 제공한다. 상기 지지대는 카본 섬유 및 구리를 포함한다.
Description
물리적 증착 타겟은, 박막이 요구되고, 예를 들어 스퍼터링 타겟을 포함하는 제조공정에서 폭 넓게 적용된다. 예를 들어, 스퍼터링 공정과 같은 물리적 증착 공정을 적용하는 응용예로서는 반도체 회로기판 상에 박막을 형성하는 반도체 공정이 있다.
물리적 증착 타겟은 수많은 금속성 요소 및 합금을 포함할 수도 있고, 또는 세라믹 물질을 포함할 수도 있다. 기능면에서 물리적 증착 타겟은, 상기 타겟의 표면에 충돌하여 상기 타겟으로부터 회로기판으로 물질을 추출하는데 이용되는 이온 또는 원자에 노출되어 있다. 상기 추출된 물질은 상기 회로기판상에 착상되어 상기 회로기판상에 얇은 막을 형성하게 된다. 종래에는 상기 추출된 물질은 상기 스퍼터링 표면으로부터 극소수 또는 그 이하의 타겟 물질의 원자를 포함하는 작고 불연속적인 조각의 형태로 추출된다. 이러한 조각은 일반적으로 그 크기 및 구성에 있어서 상호 균일하도록 요구된다. 그러나, 상기 추출물질의 일부는 '입자(particles)' 또는 '판자(splats)'의 형태를 갖는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 용어 '입자(particles)' 및 '판자(splats)'는 상기 스퍼터링 표면으로부터 추출된 상기 조각들의 평균 크기보다 더 큰 추출물질 덩어리를 말한다. 이러한 입자(particles)는 불행히도 타겟으로부터 증착된 막의 특성에 영향을 줄 수 있기 때문에, 일반적으로 입자 발생(particle generation)을 줄이는 것이 요구된다. 입자 발생은 상기 타겟 및 백플레이트간의 열팽창 계수의 차이가 크고, 높은 분말 착상으로 온도가 상승함으로 인해 상기 타겟에서의 열응력이 클 경우 특히 심할 수가 있다.
물리적 증착 타겟은 착상과정 동안 챔버 또는 기타 장치에 보관되는데, 이와 같이 보관하는 동안 상기 타겟을 제조하는데 문제가 발생할 수 있다. 임의의 장치내에 물리적 증착 타겟을 보관하는 제1방법은, 먼저 상기 타겟을 소위 백플레이트에 실장하는 것이다. 상기 백플레이트는 상기 타겟을 상기 장치에 연결하도록 특징되어 지고, 바람직하게는 상기 백플레이트가 상기 장치에서 상기 타겟을 통한 전기적 또는 자기적 흐름을 방해하지 않도록, 상기 타겟의 물질보다 크거나 같은 전기적 전도성을 갖는다. 백플레이트 구조물에 공통적으로 사용되는 물질은 구리이다. 상기 백플레이트는 예를 들어, 상기 백플레이트와 타겟을 납땜으로 결합함으로써 타겟에 장착될 수 있다.
일반적으로, 상기 백플레이트는 상기 타겟과 비교해 다른 물질을 포함하기때문에 서로 다른 물리적 특성을 갖게 될 것이다. 타겟에 대한 백플레이트의 물리적 특성의 차이점 중 하나가 열팽창 계수이다. 만약 타겟이 그 타겟에 연관된 백플레이트에 비해 열팽창 계수에서 현저한 차이를 갖는다면, 상기 백플레이트 및 타겟 사이에 형성된 접합제에 심각한 변형이 발생할 수 있다. 이러한 변형은 상기 접합제의 결합력을 약화시켜 궁극적으로는 상기 백플레이트로부터 상기 타겟이 분리될 수 있다. 상기 타겟들 중에서 특히 문제가 될 수 있는 타겟은, 실질적으로 텅스텐으로 구성되거나 또는 텅스텐으로 구성된 타겟과 같은 텅스텐을 포함하는 타겟 뿐만 아니라, 실질적으로 텅스텐 및 티타늄으로 구성되거나 또는 텅스텐 및 티타늄으로 구성되는 타겟과 같은 많은 양의 텅스텐을 포함하는(즉, 50 원자%(atom%) 이상의 텅스텐을 포함하는) 타겟이다. 텅스텐의 열팽창 계수는 4.5 ×10-6K-1인데 반하여, 구리의 열팽창 계수는 16.5 ×10-6K-1이다. 따라서, 실질적으로 텅스텐을 포함하는 타겟은 구리를 포함하는 백플레이트에 비해 열팽창 계수가 현저하게 차이가 난다.
텅스텐 및 텅스텐/티타늄 조성물은 반도체 공정 방법, 예를 들어 전도성 플러그(conductive plugs) 및 알루미늄(Al) 장벽 물질에 응용된다. 따라서, 텅스텐 및 텅스텐/티타늄의 물리적 증착 방법을 개발하는 노력이 있었으며, 특히 텅스텐 함유 타겟을 구리 함유 백플레이트에 결합시키는 방법을 개발하기 위한 노력이 있어 왔다. 상기 개발된 방법 중 하나는 예를 들어, 인듐(In)을 포함하는 납땜과 같은 비교적 연질인 납땜(soft solder)을 사용하여 상기 백플레이트에 상기 타겟을결합한다는 것이다. 상기 연질 납땜은 상기 타겟 및 백플레이트 간에 신축성 있는 접합제를 만들기 위하여 팽창 및 수축할 수 있다. 인듐함유 납땜을 적용하는데 있어서의 문제점은 상기 납땜은 약 170℃의 녹는점을 갖는다는 점과 약 80℃ 또는 그 이상의 온도에서 구조적인 모습을 상실할 수 있다는 점이다. 이 때문에 상기 타겟 및 백플레이트간의 인듐 납땜 접합이 실패할 수 있다. 이러한 실패로 인해 상기 백플레이트에서 타겟이 분리될 수 있고, 특히 물리적 증착 작용 중에 상기 백플레이트로부터 상기 타겟이 분리되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 80℃ 이상의 상당한 온도로 타겟을 가열하여 스퍼터링 작용 동안에 입자(particle) 발생을 줄일 필요가 있을 수 있다. 인듐기반 납땜이 안정되는 비교적 낮은 온도에서 단지 실행되는 물리적 증착 과정은 특히 입자 발생과 관련하여 문제가 될 수 있다.
상기한 문제를 해결하기 위해, 물리적 증착 장치에 물리적 증착 타겟을 보관하는 새로운 방법의 개발이 필요하다. 특히 새로운 백플레이트 및 물리적 증착 타겟을 백플레이트에 결합시키는 새로운 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은 물리적 증착 타겟 어셈블리 및 이를 형성하는 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 본 발명은 금속 모재(metal matrix) 내에 분산된 카본 섬유를 포함하는 지지대에 연결된 물리적 증착 타겟을 포함하는 물리적 증착 타겟 어셈블리에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 물리적 증착 타겟 어셈블리 형성방법에서 사용가능한 압축장치의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 압축장치의 다음 공정단계로서, 상기 압축장치 내에 제공된 물질이 도시된 압축장치의 개략 단면도이다.
도 3은 도 2의 압축장치의 다음 공정단계로서, 상기 압축장치 내의 물질을 압축하여 물리적 증착 타겟 지지대를 형성한 후의 압축장치 단면도이다.
도 4는 도 3에서 형성된 상기 물리적 증착 타겟 지지대의 개략 단면도로서, 도 3에서의 지지대의 구조가 역으로 도시되어 그 상부에 납땜 물질이 제공된 지지대의 개략 단면도이다.
도 5는 도 4의 지지대의 다음 공정단계에서의 상기 지지대의 개략 단면도로서, 상기 지지대에 결합된 물리적 증착 타겟이 도시되어 있다.
도 6은 도 5의 지지대의 평면도이다.
도 7은 도 3에서 형성된 상기 지지대의 개략 단면도로서, 도 3에서의 지지대의 구조가 역으로 도시되어 그 상부에 접합 물질이 제공된 지지대의 개략 단면도이다.
도 8은 압축장치 내에 제공된 도 7의 지지대의 개략 단면도로서, 상기 접합 물질 상에 놓인 물리적 증착 타겟을 상기 접합 물질에 대항하여 압축하는 지지대의 개략 단면도이다.
도 9는 도 8의 압축을 통해 형성된 물리적 증착 타겟 어셈블리의 개략 단면도로서, 도 8에 도시된 구조를 역으로 도시하고 있다.
도 10은 내부에 물리적 증착 타겟을 갖고 상기 물리적 증착 타겟 상에 제공된 분말 혼합물(powdered mixture)을 갖는 도 1의 몰드의 개략 단면도이다.
도 11은 도 10의 장치의 다음 공정단계로서, 지지대 구조물로 압축된 상기 분말 혼합물을 갖는 도 10의 장치의 개략도이다.
도 12는 도 10 및 도 11의 방법에 따라 형성된 물리적 증착 타겟 어셈블리의 개략도로서, 도 11의 장치가 역으로 도시되어 도 11의 물리적 증착 타겟 및 지지대 구조물을 포함하는 어셈블리의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 방법에 따른 텅스텐 타겟에 결합된 구리/카본 섬유 지지대 구조물의 사진에 대한 도면으로서, 상기 구리/카본 지지대는 상기 도면의 상부에 도시되며, 상기 텅스텐 타겟은 상기 도면의 하부에 도시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 물리적 증착 및 지지대 어셈블리 형성방법에 관한 것이다. 물리적 증착 타겟이 제공되고 상기 물리적 증착 타겟은 10 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 갖는다. 상기 물리적 증착 타겟은 지지대에 연결된다. 상기 지지대는 11 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 갖는다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 물리적 증착 타겟 및 상기 물리적증착 타겟에 연결된 지지대를 포함하는 어셈블리를 제공한다. 상기 지지대는 카본 섬유 및 구리를 포함한다.
본 발명은 지지대 구조물에 의해 지지되는 물질의 열팽창 계수에 거의 필적하는 열팽창 계수를 갖는 지지대 구조물을 형성하는 방법을 포함한다. 바람직하게는 본 발명은 지지될 물질의 열팽창 계수의 ±10% 이내의 열팽창 계수를 갖는 지지대 구조물 형성방법을 포함한다. 특히 일 실시형태에서, 본 발명은 백플레이트에 의해 지지되는 물리적 증착 타겟의 열팽창 계수에 거의 필적하는 열팽창 계수를 갖는 백플레이트를 형성하는 방법을 포함한다. 상기 백플레이트는 구리 및 카본 섬유의 혼합물로 형성될 수 있고, 상기 백플레이트의 열팽창 계수는 상기 혼합물에서의 구리에 대한 카본의 상대비에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 상기 백플레이트의 열팽창 계수는 상기 백플레이트에 의해 지지될 특정 타겟에 따라 조절될 수 있다.
상기 '배경기술'에서 기술한 바와 같이, 스퍼터링 응용분야에서 지지대에 특히 문제가 발생할 수 있는 타겟 물질은 텅스텐이다. 그 이유는 텅스텐 물질의 열팽창 계수가 낮기 때문이다. 본 발명에 따른 방법은 높은 전도성을 갖는, 텅스텐 물질의 열팽창 계수에 거의 필적하는 열팽창 계수를 갖는 백플레이트를 형성하는데 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법이 텅스텐 함유 물질 외에도 다른 타겟 물질을 지지하는데 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 특히 본 발명에 따른 방법은 10 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 갖는 물리적 증착 타겟을 지지하고 및/또는 비교적 약한(brittle) 물질을 포함하는 백플레이트 또는 다른 지지대 구조물을 형성하는데 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 특히 텅스텐 함유 물리적 증착 타겟을 위한 지지대 구조물을 형성하데 유용하고, 또한 특히 본 발명에 따른 방법은 예를 들어 납, 지르콘산염 및 티탄산염을 포함하는(이를 PZT 조성물이라 함) 타겟 물질과 같은 세라믹 물리적 증착 타겟 물질을 위한 지지대 구조물을 형성하는데도 유용하게 적용된다.
본 발명의 적용을 도시하고 있는 도면을 참조하여 백플레이트 구조물을 물리적 증착 타겟에 접합하는 본 발명의 적용을 설명하고 있지만, 본 발명은 다른 응용에도 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 이때, 바람직하게는 지지될 물질의 열팽창 계수에 거의 일치하는 열팽창 계수를 갖는 지지대 구조물 물질을 지지한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 예시적 방법을 기술한다. 먼저 도 1을 참조하면, 몰딩장치(10)(여기서는, 압축장치라고도 함)가 제공된다. 상기 장치(10)는 하부 부분(12) 및 상부 부분(14)을 포함한다. 상기 두 부분(12,14)은 예를 들어 그래파이트(graphite)로 형성되어 상기 몰딩장치 내에서 압축된 물질이 상기 몰딩장치에 붙지 않도록 할 수 있다. 선택적으로 상기 두 부분(12,14)은 그래파이트로 코팅된 금속성 제조물을 포함할 수도 있다. 궁극적으로 상기 두 부분(12,14)은 평량 인치당 수 천 파운드의 압력을 받게 되며, 따라서 상기 두 부분(12,14)은 이러한 압력을 견디도록 형성된 물질로 제조되는 것이 바람직하다.
상기 두 부분(12,14)은 상기 두 부분(12,14) 사이에 압축된 물질로부터 원하는 지지대 구조물을 형성하도록 소정의 형태를 갖는다. 상기한 두 부분(12,14)의 형태는 단지 일례에 따른 것이며, 상기 두 부분(12,14)은 다른 형태로 형성될 수 있음을 당업자라면 이해할 것이다.
도 2를 참조하면, 혼합물(16)이 상기 두 부분(12,14) 사이에 제공된다. 상기 혼합물(16)은 바람직하게는 금속 모재(metal matrix) 내에 분산된 카본 섬유를 포함한다. 상기 혼합물(16)은 예를 들어, 구리 및 카본 섬유를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 구리 및 카본은 궁극적으로 원하는 열팽창 계수를 갖는 물질을 형성하기 위한 카본 섬유 대비 구리의 상대적 비율로 선택되어 진다. 일례로서, 카본 섬유는 약 50 미크론(microns)에서 약 10 밀리미터(millimeters)까지의 길이 및 약 1 미크론에서 약 15 미크론까지의 직경(또는, 상기 섬유의 단면이 원형이 아니라면 두께)범위를 포함한다. 상기 카본 섬유는 바람직하게는 혼합물(16) 내 (부피의) 약 50% 이하로 농축되어 제공되어, 구리의 전도 특성이 상기 혼합물(16)에 의해 원하는 값으로 계속 유지되도록 한다. 상기 혼합물(16)은 실질적으로 카본 섬유 및 구리로 구성되며, 특정 실시형태에서는 카본 섬유 및 구리로 구성된다. 다른 실시형태에서, 상기 혼합물(16)은 구리 및 카본 섬유에 예를 들어 실리콘, 알루미늄, 니켈, 은, 크롬 및 몰리브덴과 같은 물질을 추가적으로 포함할 수 있다. 혼합물(16)의 구성에 대한 일례로 (부피의) 약 40%에서 약 90%까지가 구리이고, (부피의) 약 10%에서 약 60%까지가 카본 섬유이다. 텅스텐의 열팽창 계수와 거의 동일한 열팽창 계수(즉, 4.5 ×10-6K-1과 거의 동일한 열팽창 계수)를 갖는 지지대 구조물의 형성이 요구되는 응용분야에서, 적절한 조성물은 (부피의) 약 49%에서 약 51%까지의 구리 및 (부피의) 약 49%에서 약 51%까지의 카본 섬유를 포함할 수 있다. 카본 섬유의 부피 비율이 증가함에 따라, 금속 모재에 분산된 상기 카본 섬유를 포함하는 물질에 대한 열팽창 계수는 감소할 것이다. 예를 들어, 카본 섬유가 구리 금속 모재내에 분산되어 있는 경우, 그 결과물의 열팽창 계수는 상기 카본 섬유의 부피가 10%일 때는 약 14 ×10-6K-1이고, 상기 카본 섬유의 부피가 50%일 때는 약 4.6 ×10-6K-1이다. 구리 또는 구리 합금에 분산된 카본 섬유를 포함하는 물질의 최종 밀도는 이론상 밀도의 약 98% 또는 그 이상이 될 수 있다.
도 3을 참조하면, 압축장치(10)의 상부 부분(14) 및 하부 부분(12)은 서로 호응하여 이동되어 그들 사이의 혼합물(16)(도 2에 도시된)을 압축하여, 상기 분말의혼합물(16)(도 2에 도시된)로부터 지지대 구조물(18)을 형성한다. 상기 상부 부분(14) 및 하부 부분(12)은 예를 들어, 상기 상부 부분(14) 및 하부 부분(12) 중 하나 또는 둘다에 연결된 전원 소스(도시되지 않음)를 공급함으로써 서로 호응하도록 이동되어 상기 상부 부분(14)을 상기 하부 부분(12)으로 이동 및/또는 상기 하부 부분(12)을 상기 상부 부분(14)으로 이동시킬 수도 있다. 상기 두 부분(12,14)은 바람직하게는 상기 혼합물(16)(도 2에 도시된)의 온도를 구리의 녹는점(1,084℃) 이하로 유지하면서 적어도 4,000 psi의 압력으로 상기 혼합물(16)을 압축하도록 이동된다. 여기서, 적당한 공정 온도는 약 800℃ 내지 약 1,000℃ 사이이고, 적당한 공정 압력은 약 4,000psi 내지 약 6,000psi 사이이다. 상기 혼합물(16)의 온도를 구리의 녹는점 이하로 유지하는 이유는, 만약 구리가 녹게 되면 상기 구리가 상기 혼합물(16)내에 고이게 되어 상기 카본 섬유로부터 분리될 수 있기 때문이다.
상기 분말(16)에 가해진 압력 및 온도는 상기 분말(예를 들어, 구리)내 금속 성분의 고체 확산을 일으키고, 실제로 상기 분말(16)의 금속 성분을 녹이지 않고 상기 분말(16)을 단단한 고체 물질(18)로 변환한다.
본 발명에 따른 예시적인 응용에서, 상기 분말(16)은 상기 혼합물의 온도를 약 1,000℃ 이하로 유지하면서, 보다 바람직하게는 상기 혼합물의 온도를 약 900℃ 이하로 유지하면서, 적어도 약 4,000psi의 압력으로 압축된다. 상기 혼합물(16)의 압축은 바람직하게는 적어도 약 1시간 동안 유지되어 상기 분말(16) 내에서 실질적으로 완전 고체 확산이 일어나도록 하고, 이로써 도 3의 지지대 구조물을 형성하도록 한다. 바람직하게는 상기 혼합물(16)의 압축은 상기 혼합물(16)의 금속 성분의 소성변형이 일어나기에 충분한 시간동안, 적어도 약 4,000 psi의 압력 및 약 875℃ 내지 약 1,000℃의 온도에서 수행되어, 금속성 지지대 구조물(18)을 형성한다.
도 4를 참조하면, 압축장치(10)(도 3에 도시된)에서 분리된 지지대 구조물(18)이 도시되어 있다. 도면에는 도 3에서 도시된 지지대(18)를 역으로 도시한 것이다. 상기 지지대(18)는 물리적 증착 타겟 백플레이트를 가질 수 있다. 또한 예를 들어, "엔듀라(Endura)" 백플레이트 구조물의 전형적인 둥근 외주면(도 6에 도시된 바와 같이)을 가질 수도 있다.
상기 지지대 구조물(18)의 상부 표면 상에 제공된 납땜(20)이 도시되어 있다. 상기 지지대 구조물(18)은 상기 구조물(18)에 궁극적으로 접합될 타겟의 열팽창 계수에 거의 필적하도록 형성된 열팽창 계수를 가질 수 있기 때문에, 상기 납땜(20)은 종래기술의 공정에서 전형적으로 사용되는 연질 납땜(soft solder)보다는 상대적으로 단단한 납땜(hard solder)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 납땜(20)은 은, 구리 및/또는 주석 기반의 물질을 포함할 수도 있고, 또한, 예를 들어 놋쇠 물질(brazing material)일 수도 있다. 단단한 납땜(hard solder)이 상기 '배경기술'에서 기술한 인듐기반 연질 납땜(soft solder)보다 더 높은 녹는점을 가질 수 있기 때문에, 상기한 사실로부터 본 명세서의 상기 '배경기술'에서 기술한 문제점을 해결할 수 있게 된다.
다음으로 도 5를 참조하면, 물리적 증착 타겟(22)을 납땜(20)에 접합함으로써 상기 물리적 증착 타겟(22)이 지지대 구조물(18)에 실장된다. 상기 타겟, 지지대 구조물 및 납땜이 모여 하나의 어셈블리(25)를 규정한다. 상기 타겟(22)은 예를 들어, 텅스텐 물질을 포함할 수 있다. 만약 상기 타겟(22)이 텅스텐 물질을 포함한다면 백플레이트(18)는 텅스텐 물질의 열팽창 계수에 거의 필적하도록 형성된 열팽창 계수를 갖는 구리/카본 섬유 모재를 포함할 수 있다. 도면에 도시된 형태는 예시적인 형태로서, 상기 백플레이트(18) 및 상기 타겟(22)은 다수의 형태를 포함할 수 있다. 상기 백플레이트(18) 및 타겟(22)은 예를 들어 "엔듀라(Endura)" 형태를 포함할 수 있다. 따라서 둥근 외주면을 포함할 수 있다. 도 6은 상부에서 본 구조물(5)을 예시적으로 도시하고 있는 것으로서, 둥근 외주면 형태를 예시적으로 도시하고 있다.
본 발명에 따른 방법은 어떤 응용에서 지지대 구조물(예를 들어, 백플레이트와 같은)을 물리적 증착 타겟에 접합하는데 사용될 수 있는데, 여기서 물리적 증착 타겟은 약 10 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 가지며, 바람직하게는 상기 타겟의 열팽창 계수와 거의 동일한 열팽창 계수를 갖는 백플레이트를 접합한다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 백플레이트의 전기 전도성을 물리적 증착 타겟의 전기 전도성과 같거나 더 크게 유지하면서 상기 백플레이트의 열팽창 계수를 상기 타겟의 열팽창 계수에 필적하도록 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 백플레이트는 구리 및 카본 섬유를 포함할 수 있고, 구리(약 1.67 ×10-8옴-메터(Ω-meter)의 저항율을 갖는 구리)의 전기 전도성에 근접하는 전기 전도성을 가질 수 있다. 또한, 이러한 예시적인 백플레이트는 순수 구리(약 16.5 ×10-6K-1열팽창 계수를 갖는 순수 구리)의 열팽창 계수보다 현저하게 작은 열팽창 계수를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 구리의 열팽창 계수보다 적은 열팽창 계수를 갖는 반면, 상기 텅스텐 타겟의 전기 전도성보다 더 큰 전기 전도성을 갖는 지지대 구조물(18)을 형성하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 특정 실시형태에서, 물리적 증착 타겟(22) 및 지지대 구조물(18)은 둘다 11 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 가지고, 다른 실시형태에서는 상기 둘다 6 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 가지며, 또 다른 실시형태에서는 상기 둘다 5 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 가질 것이다. 일 실시형태에서, 물리적 증착 타겟(22)은 텅스텐으로 구성될 수 있고 따라서 약 4.5 ×10-6K-1의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 상기 실시형태의 경우, 지지대 구조물(18)은 또한 5 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 가지도록 형성될 수 있고, 바람직하게는 약 4.5 ×10-6K-1의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 타겟(22)은 텅스텐 외에 추가로 다른 물질을 포함하거나 또는 선택적으로 추가된 다른 물질을 포함할 수 있다. 일례로서, 상기 타겟(22)은 예를 들어 세라믹 물질과 같은 비 금속성 물질을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 타겟(22)은 10 ×10-6K-1와 같거나 작은 열팽창 계수를 갖는 임의의 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 타겟(22)은 예를 들어, 하나 이상의 탄탈(약 6.5 ×10-6K-1의 열팽창 계수를 갖는), 몰리브덴(약 5 ×10-6K-1의 열팽창 계수를 갖는) 및 지르코늄(약 6 ×10-6K-1의 열팽창 계수를 갖는)과 같은 금속성 물질을 포함하거나, 실질적으로 상기와 같은 금속성 물질로 구성되거나, 또는 상기와 같은 금속성 물질로 구성될 수 있다. 나아가 다른 실시형태에서, 상기 타겟(22)은 실리콘(약 2.5 ×10-6K-1의 열팽창 계수를 갖는), 게르마늄(약 5.7 ×10-6K-1의 열팽창 계수를 갖는) 또는 실리콘 및/또는 게르마늄(예를 들어, 규화물)을 포함한 금속 조성물을 포함하거나, 실질적으로 상기 물질로 구성되거나, 또는 상기 물질로 구성될 수 있다.
일 실시형태에서, 타겟(22)은 티타늄 또는 다른 요소를 갖는 텅스텐 혼합물을 포함한다. 상기 혼합물은 예를 들어 적어도 50 원자%(atom%)의 텅스텐을 포함할 수 있다. 종래기술에서, 적어도 50%의 텅스텐이 압축되어 포함된 혼합물은 착상과정 동안 타겟 제작 및 입자 발생(particle generation)의 문제점으로 인해 물리적 증착 타겟으로 사용하는데 어려움이 있었다. 특히, 그러한 혼합물의 열팽창 계수 및 적절한 전기 전도성 및 온도 전도성을 갖는 백플레이트, 즉, 예를 들어 구리를 포함하는 백플레이트의 열팽창 계수 사이의 큰 변화를 보상하기에는 어려움이 있었다. 본 발명에 따른 방법은 상기 타겟의 열팽창 계수에 거의 필적하는 열팽창 계수를 갖는 백플레이트를 형성함으로써 이러한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 선택적인 실시형태를 도시하고 있다. 먼저 도 7을 참조하면, 지지대 구조물(18)이 도 4에 도시된 지지대 구조물과 유사하게 도시되어 있다. 그러나, 도 7과 도 4의 차이점은 도 4의 납땜층(20)이 예를 들어, 구리 분말에 분산된 카본 섬유를 포함하는 금속 모재 합성(MMC;metal matrix composite) 혼합물로 대체되어 있다는 것이다. 도 7에서 상기 MMC 혼합물은 도면부호 30으로 기재되어 있다. 상기 혼합물(30)은 백플레이트(18)를 형성하는데 사용된 제1 혼합물(도 2에서)에 대응하여 카본 섬유 및 구리의 제2혼합물로 고려될 수 있다.
도 8을 참조하면, 물리적 증착 타겟(22)이 상기 MMC 혼합물(30)(도 7에서) 상에 제공되고, 이어 상부 프레스 부분(36) 및 하부 프레스 부분(38)을 포함하는 프레스(34)를 이용하여 상기 타겟(22) 및 지지대(18)사이의 상기 혼합물(30)(도 7에서)을 압축하고 이로써 접합층(39)을 형성한다. 상기 프레스(34)는 상기 두 프레스 부분(36,38)을 서로의 방향으로 이동시키도록, 그래서 상기 지지대(18) 및 상기 타겟(22) 사이의 혼합물(30)(도 7에서)을 압축하도록 형성된 전원 소스(미도시 됨)를 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 상기 혼합물(30)은 구리 분말에 분산된 카본 섬유를 포함하며, 도 3을 참조하여 설명한 혼합물과 유사한 조건에서 압축될 것이다.
지지대(18), 고체 접합층(39) 및 타겟(22)이 모여 하나의 어셈블리(40)를 규정한다. 상기 프레스(34)에서 분리된 후의 상기 어셈블리가 도 9에 도시되어 있다. 도 5의 어셈블리에 비해 도 9의 어셈블리(40)가 갖는 장점은 MMC 접합층(39)이 납땜 접합층(20)보다 더 강할 수 있다는 것이다. 따라서, 타겟(22)은 도 5의 어셈블리(25)에서보다 도 9의 어셈블리(40)에서 지지대(18)에 더 견고하게 결합될 수 있다. 도 5의 어셈블리에 비해 도 9의 어셈블리(40)가 갖는 단점은 지지대구조물(18)을 재활용하기 위해 도 9의 어셈블리(40)로부터 타겟(22)을 분리하기가 더 어려울 수 있다는 것이다. 특히, 타겟(22)은 결국 스퍼터링 작용 중에 마멸된다. 통상적으로, 관련 타겟이 마멸된 후 백플레이트의 재사용이 요구된다. 도 5의 어셈블리의 경우, 상기 어셈블리(25)를 납땜(20)이 녹는 온도로 간단히 가열하여 타겟(22)의 분리를 가능하게 함으로써 백플레이트(18)를 쉽게 재사용하도록 할 수 있다. 이에 비해, 상기 어셈블리(40)의 경우, 타겟(22) 분리를 위해 접합층(39)을 통과하여 절단하지 않고서는 상기 어셈블리(40)로부터 상기 타겟(22)을 분리하는 것이 어려울 수 있다. 일단 접합층(39)이 절단된 경우 백플레이트(18)의 재사용을 가능한 적절한 형태의 백플레이트(18)로 복원하기가 어려울 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시형태가 도 10 내지 도 12에 도시되어 있다. 먼저, 도 10을 참조하면, 도 10의 어셈블리(10)가 도 2에 도시된 어셈블리와 유사하게 도시되어 있다. 그러나, 도 10과 도 2의 차이점은 물리적 증착 타겟(50)이 압축장치(10) 내 분말(16)이 제공되기에 앞서 상기 압축장치(10)의 하부 몰드 부분(12)내에 제공된다는 것이다. 상기 물리적 증착 타겟(50)은 예를 들어, 텅스텐만을 포함하거나, 예를 들어 티타늄과 같은 다른 물질이 결합된 텅스텐을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 타겟(50)은 세라믹 물질을 포함할 수도 있다. 상기 분말(16)은 상기 도 2를 참조하여 설명한 상기 조성물들을 포함할 수 있고, 예를 들어 카본 섬유 및 구리의 혼합물을 포함할 수도 있다.
도 11을 참조하면, 압축장치(10)는 분말(16)(도 10에 도시된)을 압축하여 물리적 증착 타겟(50)에 연결된 금속성 지지대 구조물(52)을 형성하는데 사용된다. 상기 지지대 구조물(52)을 형성하기 위한 상기 분말(16)(도 10에 도시된)의 압축은 상기에서 도 3에 도시된 압축을 참조하여 설명한 조건과 동일하거나 또는 일치하는 조건을 포함할 수 있다. 금속성 지지대 구조물(52) 및 물리적 증착 타겟(50)이 모여 하나의 어셈블리(60)를 규정한다. 도 12에는 압축장치(10)로부터 분리된 상기 어셈블리가 도 11에 도시된 구조의 역으로 도시되어 있다. 도 12의 어셈블리(60)와 도 5 및 도 9의 각각의 어셈블리(25)(40)의 차이점은 도 12의 어셈블리에서는 물리적 증착 타겟(50)이 지지대 구조물(52)과 물리적으로 연결되어 있다는 것이다. 상기 어셈블리(25)(40)를 형성하는 것에 비해 도 12의 어셈블리를 형성하는데 있어서의 장점은 상기 어셈블리(60)를 형성하는데 적용되는 공정단계가 적을 수 있다는 것이다. 상기 어셈블리(60)의 단점은 상기 어셈블리(25)(40)의 지지대 구조물(18)을 재활용하는 것보다 상기 타겟(50)이 마멸된 후 상기 어셈블리(60)의 지지대 구조물(52)을 재활용하는 것이 더 어려울 수 있다는 것이다. 특히, 상기 어셈블리(60)의 지지대 구조물(52)을 잘라내지 않고 상기 구조물(52) 위에서 사용된 타겟을 분리하는 것이 어려워서 상기 지지대 구조물 형태를 변경할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 텅스텐 함유 물리적 증착 타겟과 지지대 구조물 사이에 균일하고 연속된 경계면(interface)이 형성될 수 있도록 한다. 경계면의 일 실시형태가 도 13에 사진으로 도시되어 있다. 특히, 도 13은 본 발명의 방법에 따른 텅스텐 타겟에 접합된 구리/카본 섬유 모재 지지대 구조물을 도시하고 있다. 상기 구리/카본 섬유 지지대 구조물은 대략 도 13의 사진 상부에 도시되어 있으며, 상기 텅스텐 타겟은 대략 도 13의 사진 하부를 포함하고 있다. 경계면은 상기 지지대 구조물과 상기 타겟 사이에 도시되어 있으며, 상기 타겟과 상기 지지대 구조물 사이에 틈이 없다는 점에서 균일하고 연속되게 도시되고 있다. 이와 같이 균일하고 연속적인 경계면은 스퍼터링 작용 중에 상기 지지대 구조물을 통과하는, 그리고 상기 타겟 내부로의 균일한 전기적 및 자기적 전도성을 유지하는데 있어 중요할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 스퍼터링 작용 중 상기 백플레이트를 통과하는, 그리고 상기 물리적 증착 타겟 내부로의 균일한 전계 및 자계 침투가 일어하는 물리적 증착 타겟/백플레이트 어셈블리를 형성하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 텅스텐 또는 텅스텐/티타늄을 포함하는 물리적 증착 타겟을 백플레이트에 접합가능하게 하는데 사용될 수 있다. 또한, 텅스텐 또는 텅스텐/티타늄 타겟 및 백플레이트를 포함하는 종래의 어셈블리보다 더 높은 공정온도에서 사용될 수 있다. 이로써 종래기술의 어셈블리에 비해 입자 발생을 낮출 수 있고, 따라서 종래기술의 타겟 어셈블리를 이용하여 형성되는 반도체 장치에 비해 본 발명의 타겟 어셈블리를 이용하여 형성되는 반도체 장치를 향상시킬 수 있다.
Claims (63)
10 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 갖는 물리적 증착 타겟을 제공하는 단계; 및
내부에 카본 섬유가 분산된 금속 모재(metal matrix)를 포함하는 지지대에 상기 물리적 증착 타겟을 연결하는 단계; 를 포함하여,
상기 지지대는 11 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 물리적 증착 타겟 및 지지대 어셈블리 형성방법.
제 1항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 탄탈(Ta)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 1항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 몰리브덴(Mo)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 1항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 지르코늄(Zr)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 1항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 실리콘(Si)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 1항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 게르마늄(Ge)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 1항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 텅스텐(W)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 1항에 있어서,
상기 지지대는 상기 물리적 증착 타겟보다 더 큰 전기 전도성을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 1항에 있어서,
상기 지지대는 부피의 적어도 50%는 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 2항에 있어서,
상기 지지대는 구리 및 카본 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 2항에 있어서,
상기 지지대는 구리 및 상기 카본 섬유를 포함하고,
상기 물리적 증착 타겟은 무게의 적어도 50%는 텅스텐을 포함하며,
상기 지지대의 열팽창 계수 및 상기 물리적 증착 타겟의 열팽창 계수는 7 ×10-6K-1이하인 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 11항에 있어서,
상기 지지대의 열팽창 계수 및 상기 물리적 증착 타겟의 열팽창 계수는 6 ×10-6K-1이하인 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 11항에 있어서,
상기 지지대의 열팽창 계수 및 상기 물리적 증착 타겟의 열팽창 계수는 5 ×10-6K-1이하인 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 11항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 실질적으로 텅스텐(W)으로 구성되고, 상기 지지대의 열팽창 계수 및 상기 물리적 증착 타겟의 열팽창 계수는 5 ×10-6K-1이하인 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
물리적 증착 타겟을 제공하는 타겟제공단계; 및
상기 물리적 증착 타겟을 카본 섬유 및 구리를 포함하는 지지대에 연결하는 연결단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 물리적 증착 타겟 및 지지대 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
카본 섬유 및 구리 분말을 포함하는 혼합물의 온도를 구리의 녹는점 이하로 유지하면서, 상기 혼합물을 적어도 약 3,000 psi의 압력으로 압축하여 상기 지지대를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
카본 섬유 및 구리 분말을 포함하는 혼합물의 온도를 약 1,000℃이하로 유지하면서, 상기 혼합물을 적어도 약 4.000 psi의 압력으로 압축하여 상기 지지대를형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
카본 섬유 및 구리 분말을 포함하는 혼합물의 온도를 약 900℃이하로 유지하면서, 상기 혼합물을 적어도 약 4,000 psi의 압력으로 압축하여 상기 지지대를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
카본 섬유 및 구리 분말을 포함하는 혼합물을 압축하여 상기 지지대를 형성하는 지지대 형성단계를 추가로 포함하여,
상기 지지대 형성단계 이후에 상기 연결단계를 수행하며,
상기 연결단계는 상기 지지대를 상기 물리적 증착 타겟에 납땜으로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
카본 섬유 및 구리 분말을 포함하는 제1 혼합물을 압축하여 상기 지지대를 형성하는 지지대 형성단계를 추가로 포함하여,
상기 지지대 형성단계 이후에 상기 연결단계를 수행하며,
상기 연결단계는 상기 지지대를 상기 물리적 증착 타겟에 카본 섬유 및 구리를 포함한 제2 혼합물로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리형성방법.
제 15항에 있어서,
카본 섬유 및 구리 분말을 포함하는 혼합물을 압축하여 상기 지지대를 형성하는 지지대 형성단계를 추가로 포함하여,
상기 지지대 형성단계 이후에 상기 연결단계를 수행하고,
상기 연결단계는 상기 지지대를 상기 물리적 증착 타겟에 연결하는 단계를 포함하며,
상기 압축단계는 상기 물리적 증착 타겟을 상기 카본 섬유 및 구리의 혼합물에 대항하여 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 세라믹 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 금속성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 텅스텐(W)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 몰리브덴(Mo)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 지르코늄(Zr)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 실리콘(Si)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 게르마늄(Ge)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 텅스텐(W) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 실질적으로 텅스텐(W)으로 구성된 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
제 15항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 텅스텐(W)으로 구성된 것을 특징으로 하는 어셈블리 형성방법.
10 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 갖는 물리적 증착 타겟; 및
상기 물리적 증착 타겟에 연결된 지지대; 를 포함하고,
상기 지지대는 11 ×10-6K-1이하의 열팽창 계수를 가지며, 내부에 카본 섬유가 분산된 금속 모재(metal matrix)를 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 32항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 텅스텐(W)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 32항에 있어서,
상기 지지대는 상기 물리적 증착 타겟보다 더 큰 전기 전도성을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 32항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 텅스텐(W) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 32항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 실질적으로 텅스텐(W) 및 티타늄(Ti)으로 구성된 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 32항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 텅스텐(W) 및 티타늄(Ti)으로 구성된 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 32항에 있어서,
상기 지지대는 부피의 적어도 50%는 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 32항에 있어서,
상기 지지대는 구리 및 상기 카본 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 32항에 있어서,
상기 지지대는 구리 및 상기 카본 섬유를 포함하고,
상기 물리적 증착 타겟은 무게의 적어도 50%는 텅스텐을 포함하며,
상기 지지대의 열팽창 계수 및 상기 물리적 증착 타겟의 열팽창 계수는 7 ×10-6K-1이하인 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 40항에 있어서,
상기 지지대의 열팽창 계수 및 상기 물리적 증착 타겟의 열팽창 계수는 6 ×10-6K-1이하인 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 40항에 있어서,
상기 지지대의 열팽창 계수 및 상기 물리적 증착 타겟의 열팽창 계수는 5 ×10-6K-1이하인 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 40항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 실질적으로 텅스텐으로 구성되고, 상기 지지대의 열팽창 계수 및 상기 물리적 증착 타겟의 열팽창 계수는 5 ×10-6K-1이하인 것을 특징으로 하는 어셈블리.
물리적 증착 타겟; 및
카본 섬유 및 구리를 포함하며 상기 물리적 증착 타겟에 연결된 지지대; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 세라믹 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 금속성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 텅스텐을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 지르코늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 텅스텐 및 티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 실질적으로 텅스텐으로 구성된 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 물리적 증착 타겟은 텅스텐으로 구성된 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 지지대는 실질적으로 구리 및 카본 섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 지지대는 구리 및 카본 섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 44항에 있어서,
상기 지지대는 상기 타겟과 물리적으로 연결된 것을 특징으로 하는 어셈블리
제 44항에 있어서,
상기 지지대 및 상기 타겟 사이에 납땜을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제1 열팽창 계수를 갖는 제1 물질; 및
상기 제1 물질에 연결되고, 카본 섬유 및 구리를 포함하여 상기 제1 물질과는 다른 물질로 되어 있으며, 상기 제1 열팽창 계수의 약 ±10 이내의 열팽창 계수를 갖는 지지대; 를 포함하는 어셈블리.
제 59항에 있어서,
상기 제1 물질은 텅스텐을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리
제 59항에 있어서,
상기 제1 물질은 텅스텐으로 구성된 것을 특징으로 하는 어셈블리
제 59항에 있어서,
상기 지지대는 구리 및 카본 섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제 59항에 있어서,
상기 지지대는 상기 제1 물질과 물리적으로 연결된 것을 특징으로 하는 어셈블리.
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