KR20090008932A - 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트를 구비한 플라즈마반응기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 플라즈마 반응기는 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트에 의한 유도 결합 플라즈마와 용량 결합 전극에 의한 용량 결합 플라즈마를 복합적으로 반응기 내부에 발생함으로 넓은 볼륨의 대면적 플라즈마를 용이하게 발생할 수 있다. 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트는 피처리 기판의 가장자리를 따라서 플라즈마를 발생하기 때문에 기판의 가장자리 영역에서 뷸균일한 플라즈마 밀도를 보상 할 수 있다. 또한, 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트와 배기 배플 플레이트 사이의 공간 체적을 가변적으로 함으로서 플라즈마 밀도를 제어할 수 있어서 정밀한 플라즈마 밀도 제어가 가능하며 재현성 높은 플라즈마 발생이 가능하다.
플라즈마, 마그네틱 코어, 플라즈마 조절
Description
본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 보다 균일한 플라즈마를 발생할 수 있으며 플라즈마의 제어 능력을 더욱 향상시켜 플라즈마 재현성을 향상시킬 수 있는 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
플라즈마는 산업 여러 분야에 널리 이용되고 있다. 반도체 장치의 제조에서의 플라즈마를 이용한 공정은 식각, 물리적/화학적 기상 증착, 포토레지스트의 아싱, 챔버 클리닝 등 다양한 목적으로 널리 사용되고 있다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생시킨다.
플라즈마 발생 방식의 하나인 용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높은 이점을 제공하지만 무선 주파수 전원의 에너지가 거의 배타적으로 용량 결합을 통하여 플라즈마에 연결되기 때문에 플라즈마 이온 밀도는 용량 결합된 무선 주파수 전원의 증가 또는 감소에 의해서만 증가 또는 감소될 수 있다. 그러나 전원의 증가는 이온 충격 에너지를 증가시킴으로 결과적으로 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 한계성을 갖게 된다.
플라즈마 발생 방식의 다른 하나는 유도 결합 플라즈마이다. 유도 결합 플라즈마는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 쉽게 증가시킬 수 있으며 이에 따른 이온 충격은 상대적으로 낮아서 고밀도 플라즈마를 얻기에 매우 적합한 것으로 알려져 있다. 그러나 유도 코일이 플라즈마 이온 에너지를 거의 또는 전혀 제어하지 못함으로 이온 에너지의 조절을 위해서는 별도의 개별적인 장치를 부가하여야만 했다. 예를 들어, 프로세스 챔버의 내부에 구비되는 기판 지지대에 독립된 무선 주파수를 인가하는 바이어스 기술이 그 일 예이다.
한편, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 글라스와 같은 피처리 기판은 더욱 대형화 되어 가고 있다. 그럼으로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 소스가 요구되고 있다. 이에 본 발명자는 2005년 5월 10일 출원되고 2007년 6월 19일자로 등록 결정된 공개번호 10-2006-0116592에서 멀티 페라이트코어가 챔버 내부에 배치된 플라즈마 처리장치를 제안하였었다. 더 나아가 본 발명자는 상기 기술을 더욱 발전시켜 대용량의 플라즈마 반응기 내부에서 보다 균일한 플라즈마를 발생할 수 있으며 플라즈마의 제어 능력이 더욱 향상시켜 플라즈마 재현성을 향상 시킬 수 있는 신규한 플라즈마 반응기를 제안하고자 한다.
본 발명의 목적은 보다 균일한 플라즈마를 발생할 수 있으며 플라즈마의 제어 능력을 더욱 향상시켜 플라즈마 재현성을 향상시킬 수 있도록 멀티 코어 플라즈 마 발생 플레이트에 의한 유도 결합 플라즈마와 용량 결합 플라즈마를 복합적으로 발생할 수 있는 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 보다 균일한 고밀도의 플라즈마를 발생할 수 있으며 플라즈마의 제어 능력을 더욱 향상시켜 플라즈마 재현성을 향상시킬 수 있도록 플라즈마 조절 플레이트를 구비한 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트에 의한 유도 결합 플라즈마와 용량 결합 전극에 의한 용량 결합 플라즈마를 복합적으로 발생할 수 있는 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 일 특징에 따른 플라즈마 반응기는: 용량 결합 플라즈마 방전을 위한 용량 결합 전극과 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대 갖는 반응기 몸체; 및 기판 지지대의 상부 영역과 하부 영역을 구획하도록 기판 지지대와 반응기 몸체의 내벽 사이에 설치되며 상부 영역과 하부 영역을 관통하는 복수개의 관통구를 제공하며 복수개의 관통구를 통하여 유도 결합 플라즈마 방전이 이루어지는 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극으로 무선 주파수 전력을 공급하는 제1 전원 공급원; 및 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트로 무선 주파수 전력을 공급하는 제2 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 용량 결하 전극과 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트로 무선 주파수를 공급하는 제1 전원 공급원; 및 제1 전원 공급원으로 부터 공급되는 무선 주파수 전력을 용량 결합 전극과 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트로 분배하는 전원 분배부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대로 바이어스 전력을 공급하는 하나 이상의 바이어스 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대로 직류 전원을 공급하는 직류 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 기판 지지대의 하부 영역에 설치되며 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트의 아래에 위치하는 배기 배플 플레이트를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 배기 배플 플레이트와 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트 사이의 공간 체적을 조절하여 플라즈마 밀도를 제어하는 플라즈마 밀도 조절 수단을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 밀도 조절 수단은 배기 배플 플레이트와 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트 중 적어도 하나를 상하로 구동 시켜서 공간 채적을 조절하는 구동 메커니즘을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트로 무선 주파수 전력을 공급하는 전원 공급원; 및 전원 공급원으로부터 공급되는 무선 주파수 전력을 상기 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트에 구비된 복수개의 일차 권선들로 병렬로 분할 공급하되 균일한 플라즈마 발생을 위한 전류 균형을 수행하는 전류 균형 회로를 포함한다.
본 발명의 다른 일면은 보다 균일한 고밀도의 플라즈마를 발생할 수 있으며 플라즈마의 제어 능력을 더욱 향상시켜 플라즈마 재현성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 조절 플레이트를 구비한 플라즈마 반응기에 과한 것이다. 본 발명의 다른 특징에 따른 플라즈마 반응기는: 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대 갖는 반응기 몸체; 기판 지지대의 상부 영역과 하부 영역을 구획하도록 기판 지지대와 반응기 몸체의 내벽 사이에 설치되며 상부 영역과 하부 영역을 관통하는 복수개의 관통구를 제공하며 복수개의 관통구를 통하여 유도 결합 플라즈마 방전이 이루어지는 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트; 기판 지지대의 하부 영역에 설치되어 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트의 아래에 위치하는 배기 배플 플레이트를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 배기 배플 플레이트와 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트 사이의 공간 체적을 조절하여 플라즈마 밀도를 제어하는 플라즈마 밀도 조절 수단을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 밀도 조절 수단은 배기 배플 플레이트와 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트 중 적어도 하나를 상하로 구동 시켜서 공간 채적을 조절하는 구동 메커니즘을 포함한다.
본 발명의 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트를 구비한 플라즈마 반응기에 의하면, 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트에 의한 유도 결합 플라즈마와 용량 결합 전극에 의한 용량 결합 플라즈마를 복합적으로 반응기 내부에 발생함으로 넓은 볼륨의 대면적 플라즈마를 용이하게 발생할 수 있다. 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트는 피처리 기판의 가장자리를 따라서 플라즈마를 발생하기 때문에 기판의 가 장자리 영역에서 뷸균일한 플라즈마 밀도를 보상 할 수 있다. 또한, 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트와 배기 배플 플레이트 사이의 공간 체적을 가변적으로 함으로서 플라즈마 밀도를 제어할 수 있어서 정밀한 플라즈마 밀도 제어가 가능하며 재현성 높은 플라즈마 발생이 가능하다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 주요 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)는 피처리 기판(31)이 놓이는 기판 지지대(30)를 갖는 반응기 몸체(12)를 구비한다. 반응기 몸체(12)의 내측 하부에는 기판 지지대(30)가 놓이고, 기판 지지대(30)를 기준으로 반응기 몸체(12)의 내부 영역을 상부 영역과 하부 영역을 구획하도록 기판 지지대(30)와 반응기 몸체(12)의 내벽 사이에 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)가 설치된다. 기판 지지대(30)에 마주 대향된 상부 영역에 가스 샤워 헤드(20)가 구비된다. 가스 샤워 헤드(20)는 가스 공급원(미도시)에 연결되는 가스 입구(11)와 연결되어 있다. 가스 샤워 헤드(20)는 하나 이상의 가스 분배 격판(22)을 구비한다. 하부 영역에는 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)에 평행하게 배기 배플 플레이트(50)가 설치되며, 배기 배플 플레이트(50) 아래로 가스 출구(13)가 구비된다.
도 2는 플라즈마 반응기에 설치된 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트와 배기 배플을 보여주는 부분 절개 사시도이고, 도 3은 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트의 조립 구조를 보여주는 분해 사시도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여, 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)는 반응기 몸체(12)의 상부 영역과 하부 영역을 관통하는 복수개의 관통구(42)가 방사형으로 구비되며, 서로 이웃하는 복수개의 관통구(42)를 통하여 유도 결합 플라즈마 방전이 이루어진다. 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)는 환형의 플레이트 바디(44)와 플레이트 커버(45)를 구비한다. 관통구(42)를 형성하도록 플레이트 바디(44)에는 바디 홀(46)이 플레이트 커버(45)에는 커버 홀(47)이 형성되어 있다. 바디 홀(46)의 주변으로는 환형으로 코어 매입 홀(43)이 형성되어있다. 플레이트 바이(44)와 플레이트 커버(45) 사이에는 진공 절연을 위한 적절한 구성이 이루어진다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하여, 배기 배플 플레이트(50)는 가스 배기를 위한 다수개의 홀이 형성되어 있다. 배기 배플 플레이트(50)는 멀티 코어 플라즈마 플레이트(30)의 아래에 위치하고 있어서 다중 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)에 의해 발생된 플라즈마가 신속히 배기되는 것을 억제한다. 배기 배플 플레이트(50)는 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)와의 간격을 가변적으로 함으로서 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다. 이를 위하여 배기 배플 플레이트(50)를 수직으로 승하강하기 위한 구동 메커니즘(51)이 구비된다. 구동 메커니즘(51)에 의해 배기 배플 플레이트(50)가 수직으로 승하강하면 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)와 배기 배플 플레이트(50) 사이의 공간 체적이 가변된다.
공간 체적의 변화는 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)에 의해 발생되는 플라즈마 밀도와 상관되어 가변적으로 변하게 된다. 공간 체적을 가변시키기 위한 방법은 배기 배플 플레이트(50)를 수직으로 승하강 구동시키는 것 이외에도 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)를 승하강 구동시키거나 배기 배플 플레이트(50)와 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)를 동시에 승하강 구동하는 방법이 이용될 수도 있다.
도 4 및 도 5는 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트의 복수개의 일차 권선들의 전기적 연결 방식의 예시도이다. 도 4를 참조하여, 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트에 구비되는 복수개의 코어(41)는 각기 일차 권선(48)을 구비한다. 복수개의 일차 권선(48)은 제1 전원 공급원(60)에 직렬로 연결된다. 제1 전원 공급원(60)은 임피던스 정합기(61)를 통하여 무선 주파수 전력을 직렬로 연결된 복수개의 일차 권선(48)으로 공급한다.
도 5를 참조하여, 복수개의 일차 권선(48)은 병렬로 구동될 수 있다. 병렬로 구동되는 경우에는 전류 균형 회로(68)가 부가적으로 구비될 수 있다. 전류 균 형 회로(68)는 제1 전원 공급원(60)으로부터 공급되는 무선 주파수 전력을 복수개의 일차 권선(48)으로 병렬로 분할 공급하되 균일한 플라즈마 발생을 위한 전류 균형을 수행한다.
다시, 도 1을 참조하여, 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)는 제1 전원 공급원(60)으로부터 임피던스 정합기(61)를 통하여 무선 주파수 전력을 공급받아 유도 결합 플라즈마를 발생한다. 가스 샤워 헤드(20)는 용량 결합 전극으로 기능하며, 제2 전원 공급원(62)으로부터 임피던스 정합기(63)를 통하여 무선 주파수 전력을 공급 받아 용량 결합 플라즈마를 발생한다. 이와 같이, 본 발명의 일 특징에 따른 플라즈마 반응기(10)는 용량 결합 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마를 복합적으로 발생한다.
전원 공급원의 효율적인 구성을 위하여, 제1 및 제2 전원 공급원(60)(62)을 하나로 구성할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 전원 공급원(60)을 사용하여 가스 샤워 헤드(20)와 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)로 무선 주파수 전원을 분배 공급할 수도 있다. 전원 분배를 위하여 전원 분배부(69)가 구비된다. 전원 분배부(69)는 임피던스 정합기(61)를 통하여 전원 공급원(60)으로부터 무선 주파수 전력을 공급 받아서 가스 샤워 헤드(20)와 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트(40)로 분할하여 공급한다.
기판 지지재(30)는 임피던스 정합기(64)를 통하여 하나 이상의 하나 이상의 바이어스 전원 공급원(65, 66)으로부터 서로 다른 주파수의 바이어스 전력을 공급 받아서 바이어스 될 수 있다. 이와 더불어 기판 지지대(30)는 직류 전원을 공급하 는 직류 공급원(67)에 연결되어 바이어스 될 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트를 구비한 플라즈마 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 주요 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 플라즈마 반응기에 설치된 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트와 배기 배플을 보여주는 부분 절개 사시도이다.
도 3은 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트의 조립 구조를 보여주는 분해 사시도이다.
도 4 및 도 5는 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트의 복수개의 일차 권선들의 전기적 연결 방식의 예시도이다.
도 6은 하나의 전원 공급원을 사용하여 가스 샤워 헤드와 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트로 무선 주파수 전원을 분배 공급하는 구조로 변형된 실시예를 보여주는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 플라즈마 반응기 11: 가스 입구
12: 반응기 몸체 13: 배기구
20: 가스 샤워 헤드 30: 기판 지지대
31: 피처리 기판 40: 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트
41: 코어 42: 관통구
43: 코어 매입 홀 44: 플레이트 바디
45: 플레이트 커버 46: 바디 홀
47: 커버 홀 50: 배기 배플 플레이트
51: 구동 메커니즘 60, 62: 전원 공급원
61, 63, 64: 임피던스 정합기 65, 66: 바이어스 전원 공급원
67: 직류 공급원 68: 전류 균형 회로
69: 전원 분배부
Claims (12)
- 용량 결합 플라즈마 방전을 위한 용량 결합 전극과 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대 갖는 반응기 몸체; 및기판 지지대의 상부 영역과 하부 영역을 구획하도록 기판 지지대와 반응기 몸체의 내벽 사이에 설치되며 상부 영역과 하부 영역을 관통하는 복수개의 관통구를 제공하며 복수개의 관통구를 통하여 유도 결합 플라즈마 방전이 이루어지는 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트를 포함하는 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 용량 결합 전극으로 무선 주파수 전력을 공급하는 제1 전원 공급원; 및멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트로 무선 주파수 전력을 공급하는 제2 전원 공급원을 포함하는 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서, 용량 결하 전극과 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트로 무선 주파수를 공급하는 제1 전원 공급원; 및제1 전원 공급원으로 부터 공급되는 무선 주파수 전력을 용량 결합 전극과 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트로 분배하는 전원 분배부를 포함하는 플라즈마 반응기.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 기판 지지대로 바이어스 전력을 공급하는 하나 이상의 바이어스 전원 공급원을 포함하는 플라즈마 반응기.
- 제4항에 있어서,상기 기판 지지대로 직류 전원을 공급하는 직류 공급원을 포함하는 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,기판 지지대의 하부 영역에 설치되며 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트의 아래에 위치하는 배기 배플 플레이트를 포함하는 플라즈마 반응기.
- 제6항에 있어서,상기 배기 배플 플레이트와 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트 사이의 공간 체적을 조절하여 플라즈마 밀도를 제어하는 플라즈마 밀도 조절 수단을 포함하는 플라즈마 반응기.
- 제7항에 있어서,상기 플라즈마 밀도 조절 수단은 배기 배플 플레이트와 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트 중 적어도 하나를 상하로 구동 시켜서 공간 채적을 조절하는 구동 메커니즘을 포함하는 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트로 무선 주파수 전력을 공급하는 전원 공급원; 및전원 공급원으로부터 공급되는 무선 주파수 전력을 상기 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트에 구비된 복수개의 일차 권선들로 병렬로 분할 공급하되 균일한 플라즈마 발생을 위한 전류 균형을 수행하는 전류 균형 회로를 포함하는 플라즈마 반응기.
- 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대 갖는 반응기 몸체;기판 지지대의 상부 영역과 하부 영역을 구획하도록 기판 지지대와 반응기 몸체의 내벽 사이에 설치되며 상부 영역과 하부 영역을 관통하는 복수개의 관통구를 제공하며 복수개의 관통구를 통하여 유도 결합 플라즈마 방전이 이루어지는 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트; 및기판 지지대의 하부 영역에 설치되어 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트의 아래에 위치하는 배기 배플 플레이트를 포함하는 플라즈마 반응기.
- 제10항에 있어서,상기 배기 배플 플레이트와 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트 사이의 공간 체적을 조절하여 플라즈마 밀도를 제어하는 플라즈마 밀도 조절 수단을 포함하는 플라즈마 반응기.
- 제11항에 있어서,상기 플라즈마 밀도 조절 수단은 배기 배플 플레이트와 멀티 코어 플라즈마 발생 플레이트 중 적어도 하나를 상하로 구동 시켜서 공간 채적을 조절하는 구동 메커니즘을 포함하는 플라즈마 반응기.
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