(57)【要約】【課題】簡単な製造工程によりクラックなどの形状不良が生じない微小デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】一表面側に凹所２２が形成された半導体基板１と、この半導体基板１の一表面側に固着され前記凹所２２を閉塞するベース３とを備え、半導体基板１の凹所２２の底面と一表面側と反対側の他表面側との間の部位は薄肉部２３であり、薄肉部２３は梁部形成予定領域２４と、エッチング予定領域２５と、を備え、エッチング予定領域２５にエッチングを施し、梁部形成予定領域２４に梁部１４が形成される微小デバイスの製造方法であって、エッチング予定領域２５内に全体に亘って薄肉部２３を貫通させてなる貫通孔２７を複数形成することにより、網目状部２６を薄肉部２３に形成する工程と、前記工程の後、エッチング予定領域２５にエッチングを施し、網目状部２６を除去し、梁部１４を形成する工程と、を備えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一表面側に凹所を形成することにより凹所に囲まれる機能部と凹所の外側にフレーム部とが設けられた半導体基板と、この半導体基板の一表面側に固着され前記凹所を閉塞するベースとを備え、前記半導体基板の凹所の底面と前記一表面側と反対側の他表面側との間の部位は薄肉部であり、この薄肉部は薄肉部の所定箇所を利用して形成され前記機能部と前記フレーム部とを接続する梁部が形成される予定領域である梁部形成予定領域と、薄肉部において機能部とフレーム部との間の梁部形成予定領域以外の箇所であるエッチング予定領域と、を備え、エッチング予定領域にエッチングを施し、梁部形成予定領域に残存する薄肉部からなる梁部が形成される微小デバイスの製造方法であって、
エッチング予定領域内に全体に亘って薄肉部を貫通させてなる貫通孔を複数形成することにより、網目状部を薄肉部に形成する工程と、
前記工程の後、エッチング予定領域にエッチングを施し、網目状部を除去し、梁部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする微小デバイスの製造方法。
【請求項２】
複数の貫通孔は等方性エッチングにより形成されることを特徴とする請求項１記載の微小デバイスの製造方法。
【請求項３】
網目状部において隣接する貫通孔に挟まれる残部の巾が略同一になるように貫通孔が形成され、残部の巾は薄肉部の厚みの半分より小さいことを特徴とする請求項２記載の微小デバイスの製造方法。
【請求項４】
機能部とフレーム部とを接続する梁部の両側がエッチング予定領域であり、複数の貫通孔は、エッチング予定領域の全周においてエッチング予定領域より所定巾内側に形成され、この所定巾が残部の巾の半分より大きいことを特徴とする請求項３記載の微小デバイスの製造方法。
【請求項５】
網目状部は、ハニカム構造であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の微小デバイスの製造方法。
【請求項６】
微小デバイスが加速度センサであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の微小デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、微小デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加速度センサ等の微小デバイスを製造する方法として、半導体基板の一面側から半導体基板を加工することにより、前記一面側にのみ開く開口および開口内部にセンシング部を形成した後、半導体基板に前記一面側から別の基板であるベース基板を固着させることにより開口を閉塞し、さらに、前記半導体基板の前記一面側とは反対側である他面側から半導体基板をエッチング加工することにより梁部などの微細形状を形成することにより、製造される微小デバイスの製造方法は知られている。
この微小デバイスの製造方法においては、半導体基板に形成された開口がベース基板で封着されるため、密閉空間が形成される。この密閉空間の圧力はベース基板の封着の際の雰囲気に依存している。ここで、前記半導体基板の他面側から微細形状を形成するためのエッチング加工を行うと、加工対象にクラックが生じ形状不良が発生する可能性がある。これは密閉空間の圧力とエッチングチャンバ圧力とに圧力差が生じ半導体基板の他面側に応力が生じるためであると考えられる。
【０００３】
そのため、上述の微小デバイスの製造方法では、ベース基板を封着し密閉空間を形成する際の圧力とエッチングチャンバ圧力とをできる限り近づけることにより、クラックによる形状不良を低減するようにしている。
【０００４】
なお、特開２００７−１７３７５７号公報（特許文献１）には、製造が容易であり、信頼性の高い微小デバイスが開示されているが、その主眼は基板同士の接合に関することで、本願発明とは異なるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来例である、微小デバイスの製造方法にあっては、ベース基板を封着し密閉空間を形成する際の圧力とエッチングチャンバ圧力とをできる限り近づけることが必要であり、困難な作業を要するものであった。
【０００７】
本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その課題は、簡単な製造工程によりクラックなどの形状不良が生じない微小デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明では、一表面側に凹所を形成することにより凹所に囲まれる機能部と凹所の外側にフレーム部とが設けられた半導体基板と、この半導体基板の一表面側に固着され前記凹所を閉塞するベースとを備え、前記半導体基板の凹所の底面と前記一表面側と反対側の他表面側との間の部位は薄肉部であり、この薄肉部は薄肉部の所定箇所を利用して形成され前記機能部と前記フレーム部とを接続する梁部が形成される予定領域である梁部形成予定領域と、薄肉部において機能部とフレーム部との間の梁部形成予定領域以外の箇所であるエッチング予定領域と、を備え、エッチング予定領域にエッチングを施し、梁部形成予定領域に残存する薄肉部からなる梁部が形成される微小デバイスの製造方法であって、エッチング予定領域内に全体に亘って薄肉部を貫通させてなる貫通孔を複数形成することにより、網目状部を薄肉部に形成する工程と、前記工程の後、エッチング予定領域にエッチングを施し、網目状部を除去し、梁部を形成する工程と、を備えることを特徴としている。
又、本願請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の微小デバイスの製造方法において、複数の貫通孔は等方性エッチングにより形成されることを特徴としている。
又、本願請求項３記載の発明では、上記請求項２記載の微小デバイスの製造方法において、網目状部において隣接する貫通孔に挟まれる残部の巾が略同一になるように貫通孔が形成され、残部の巾は薄肉部の厚みの半分より小さいことを特徴としている。
又、本願請求項４記載の発明では、上記請求項３記載の微小デバイスの製造方法において、機能部とフレーム部とを接続する梁部の両側がエッチング予定領域であり、複数の貫通孔は、エッチング予定領域の全周においてエッチング予定領域より所定巾内側に形成され、この所定巾が残部の巾の半分より大きいことを特徴としている。
又、本願請求項５記載の発明では、上記請求項１乃至４のいずれか一項に記載の微小デバイスの製造方法において、網目状部は、ハニカム構造であることを特徴としている。
又、本願請求項６記載の発明では、上記請求項１乃至５のいずれか一項に記載の微小デバイスの製造方法において、微小デバイスが加速度センサであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本願請求項１記載の発明の微小デバイスの製造方法においては、エッチング予定領域内に全体に亘って薄肉部を貫通させてなる貫通孔を複数形成することにより、網目状部を薄肉部に形成する工程と、前記工程の後、エッチング予定領域にエッチングを施し、網目状部を除去し、梁部を形成する工程と、を備えるので、貫通孔によって開口内部の圧力と、外部の圧力が同じになるため圧力差に起因する応力が発生せず梁部等の微細形状にクラック等の形状不良が生じることを防ぐことができる。
【００１０】
又、本願請求項２記載の発明の微小デバイスの製造方法においては、特に、複数の貫通孔は等方性エッチングにより形成されるので、精度よく貫通孔を形成し、この貫通孔により形成された網目状の残部をエッチングにより除去することで精度よく梁部を形成することができる。
【００１１】
又、本願請求項３記載の発明の微小デバイスの製造方法においては、特に、網目状部において隣接する貫通孔に挟まれる残部の巾が略同一になるように貫通孔が形成され、残部の巾は薄肉部の厚みの半分より小さいので、梁部の厚みを残して残部を除去することができる。
【００１２】
又、本願請求項４記載の発明の微小デバイスの製造方法においては、特に、機能部とフレーム部とを接続する梁部の両側がエッチング予定領域であり、複数の貫通孔は、エッチング予定領域の全周においてエッチング予定領域より所定巾内側に形成され、この所定巾が残部の巾の半分より大きいので、エッチング予定領域外の梁部等をエッチングすることなく残部を除去することができる。
【００１３】
又、本願請求項５記載の発明の微小デバイスの製造方法においては、特に、網目状部は、ハニカム構造であるので、貫通孔が形成されてもエッチング予定領域は網目状部によってつながっており、貫通孔を形成する直前の応力や、貫通孔が貫通する際の衝撃が梁部等の微細形状にかからず、梁部等の微細形状にクラック等の形状不良が生じることを防ぐことができる。
【００１４】
又、本願請求項６記載の発明の微小デバイスの製造方法においては、特に、微小デバイスが加速度センサであるので、加速度センサの製造過程において加速度センサの梁部にクラック等の形状不良が生じることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願発明の第１の実施形態である加速度センサを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】本願発明の第１の実施形態である加速度センサの製造過程を示す上面図である。
【図３】本願発明の第１の実施形態である加速度センサの製造過程を示し、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本願発明の第１の実施形態の加速度センサを示し、図２（ｃ）の要部拡大図である。
【図５】本願発明の第２の実施形態である加速度センサの製造過程を示し、図６（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】本願発明の第２の実施形態である加速度センサの製造過程を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本願発明の微小デバイスは、加速度センサ、ジャイロセンサ、アクチュエータ、赤外線センサなどであり、以下の各実施形態では、微小デバイスとして加速度センサを用いて説明するが、微小デバイスが加速度センサに限定される趣旨ではない。
【００１７】
以下、本願発明の第１の実施形態の加速度センサについて図１を参照して説明する。本実施形態の加速度センサは、半導体基板１（シリコン基板）の一表面側（図１（ｂ）における上面側）に接合されたガラスからなるカバー２と前記一表面側とは反対側の他表面側（図１（ｂ）における下面側）に接合されたガラスからなるベース３とによって概略構成されている。半導体基板１は矩形状に形成されており、枠状のフレーム部１１と、このフレーム部１１の内側に形成された開口１２に配置されたおもり部１３（機能部）と、フレーム部１１とおもり部１３とを接続する梁部１４とを備えるように形成されている。フレーム部１１の外周は半導体基板１の外周によって構成されており、フレーム部１１の内周の形状は矩形状であり、矩形状の内周の長辺の方向と半導体基板１の長手方向とが一致するように形成されている。
半導体基板１の前記一表面側において、梁部１４は枠状のフレーム１１の内周の２つの短編のうちの一辺において２箇所設けられており、この２つの梁部１４が撓むことによってフレーム部１１におもり部１３が可動可能に支持され、開口１２内におもり部１３が位置している。
この梁部１４の前記一表面側には４つ（１つの梁部１４に２つ）のピエゾ抵抗１５が形成され、これら４つのピエゾ抵抗１５を用いてホイートストンブリッジ回路が構成され、加速度検出が行われる。また、半導体基板１の前記一表面側には長手方向を半導体基板１の長手方向と同じくする、直線矩形状に拡散配線１６が梁部１４からフレーム部１１にかけて延設されている。この拡散配線１６の一端部は、梁部１４に形成されたピエゾ抵抗１５と接触し、ピエゾ抵抗１５と接触した一端部と反対側の一端部がフレーム部１１である半導体基板１の長手方向の端部まで形成されている。
また、半導体基板１の前記一表面側には開口１２を除いて、その全面に、保護膜および内部応力コントロールのために絶縁膜（シリコン酸化膜）１７が形成されている。この絶縁膜１７の長手方向の端部には貫通孔が形成されており、この貫通孔と略同じ外形の凸部を備える電極１８が貫通孔に挿入され、その凸部の先端が半導体基板１の前記一表面側に形成された前記拡散配線１６のピエゾ抵抗１５と接触した一端部とは、反対側の一端部と接触しており、電極１８の凸部と反対側の端部が絶縁膜１７から露出している。
さらに半導体基板１の前記一表面側において、絶縁膜１７上にはアルミ膜１９が２つ形成されている。アルミ膜１９は、半導体基板１の４つの角部のうち、半導体基板１の長手方向の端部であって電極１８が形成された端部と反対側の端部における２つの角部に形成されている。アルミ膜１９はその外形が矩形状に形成されており、それぞれ、その長手方向が半導体基板１の長手方向と一致するように形成されている。
カバー２は、矩形状に形成されており、その短手方向の長さが、半導体基板１の短手方向の長さと略同じであり、長手方向の長さが、半導体基板１の長手方向の長さより短くなるように形成されている。また、カバー２の半導体基板１の前記一表面側に接合される表面には、外周部を残して外周部の内側が凹むように形成されている。
カバー２は、半導体基板１の前記一表面側にその外形が重なるように接合される。この際、カバー２はアルミ膜１９を介して半導体基板１に陽極接合されるので、半導体基板１のアルミ膜１９が形成された２つの角部とカバー２の４つの角部のうちカバー２の長手方向における２つの角部が対応して接合される。
カバー２が接合されることによって、開口１２がカバー２によって覆われ、半導体基板１のおもり部１３の上方にはカバー２の外周部に比べて凹んだ箇所が位置し、この凹みによっておもり部１３とカバー２との間にギャップが形成されている。また、カバー２の長手方向の長さは、半導体基板１の長手方向の長さより短くなるように形成されているため、半導体基板１に形成された電極１８はベース基板２に覆われず、露出する構成となっている。
ベース３は、その外形サイズが半導体基板１と等しく形成されており、また半導体基板１の前記他表面側に接合される表面には外周部を残して外周部の内側が凹むように形成されており、その外形が重なるように半導体基板１に接合される。このとき、ベース３の外周部が半導体基板１と接合される。
ベース３が半導体基板１に接合された状態において、半導体基板１のおもり部１３の下方にはベース３の外周部に比べて凹んだ箇所が位置し、この凹みによっておもり部１３とベース３との間にギャップが形成されている。
上述の加速度センサに加速度が印加されると、梁部１４に撓み応力が発生し、梁部１４の前記一表面側に形成されたピエゾ抵抗１５のピエゾ効果により応力に伴った抵抗値の変化が生じる。その結果、ホイートストンブリッジ回路には加速度に比例した電位差が出力され、この電位差出力を検出することにより加速度を検出する。
【００１８】
以下、本実施形態の加速度センサの製造方法について説明する。なお、ここでは、半導体基板１に設けられたピエゾ抵抗１５、拡散配線１６、電極１８、アルミ膜１９の形成方法については従来周知であるので、その説明を省略し、主要な工程である開口１２および梁部１４の形成方法を主に説明する。
【００１９】
図２（ａ）、図３（ａ）に示されるように、その一表面側（図３（ａ）における上面側）に絶縁膜１７が形成された半導体基板１の前記一表面側の絶縁膜１７の所定領域２０をエッチングにより除去し半導体基板１を露出させる。
次に図２（ｂ）、図３（ｂ）に示されるように、半導体基板１の前記一表面側と反対側である他表面側（図３（ａ）における下面側）からおもり部１３を囲むように凹所２２を形成する。ここにおいて、凹所２２の底面と前記半導体基板１の前記一表面側との間の部位は薄肉の薄肉部２３であり、この薄肉部２３は薄肉部２３の所定箇所を利用して形成されおもり部１３とフレーム部１１とを接続する梁部１４が形成される予定領域である梁部形成予定領域２４と、薄肉部２３において、おもり部１３とフレーム部１１との間の梁部形成予定領域２４以外の箇所であるエッチング予定領域２５とから構成されている。ここで、薄肉部２３のエッチング予定領域２５の前記半導体基板１の一表面側には所定領域２０が位置している。すなわちエッチング予定領域２５の前記一表面側において絶縁層１７が除去され半導体基板１が露出している。
次に図２（ｃ）、図３（ｃ）、図４に示されるように、半導体基板１の前記他表面側に、ベース３を接合、封着させる。ここにおいて、ベース３を接合させることにより半導体基板１およびベース３の内部には密閉空間が形成され、この密閉空間の圧力は接合雰囲気に依存するが、密閉空間の圧力は真空圧でも大気圧でもよい。
次に図３（ｄ）に示されるように、半導体基板１の前記一表面側にエッチング用のフォトレジストを形成して等方性エッチングを行うことにより、エッチング予定領域２５の全体に亘って薄肉部２３を貫通する貫通孔２７を複数形成し、複数の貫通孔２７により網目状になった網目状部２６を薄肉部２３に形成する。ここで、網目状部２６は、正六角柱の貫通孔２７を並べた構造であるハニカム構造となるように形成されている。ここで貫通孔２７は等方性エッチングにより形成されるので精度よく複数の貫通孔２７を形成することができる。
次に図３（ｅ）に示されるように、網目状部２６において隣接する貫通孔２７に挟まれる残部をサイドエッチングにより細らせて残部を消滅させることにより、エッチング予定領域２５を完全に除去し開口１２を形成する。ここで、図４に示されるように、網目状部２６において隣接する貫通孔２７に挟まれる残部の巾は略同一になるように貫通孔２７が形成されており残部の巾は薄肉部２３の厚みの半分より小さくなるように設定されている。このようにすることで、梁部１４の厚みを残して残部を除去することができる。すなわち、梁部１４は半導体基板１の前記一表面側からエッチングされることにより、その厚みが薄くなっていくが、残部は両側に隣接する貫通孔２７からエッチングが進められるため、梁部１４の厚さ方向に進むエッチングより２倍のスピードでエッチングが進むと近似され、このとき梁部１４が厚さ方向に消滅するより前に残部が消滅するように残部の巾は薄肉部２３の厚みの半分より小さくなるように設定されている。また、複数の貫通孔２７はエッチング予定領域２５の全周においてエッチング予定領域２５より所定巾内側に形成されており、この所定巾が残部の巾の半分より大きくなるように設定されている。このようにすることで、エッチング予定領域２５外の梁部形成予定領域２４等がエッチングされることなく残部を除去することができる。つまり、エッチング予定領域２５の端部に設けられた貫通孔２７からは、エッチング予定領域２５の外側に位置する部位（例えば梁部形成予定領域２４）の方向に向かってエッチングが進められるが、エッチング予定領域２５の端部以外に設けられた貫通孔２７に挟まれる残部は、その両側の貫通孔２７からエッチングが進められるため、エッチング予定領域２５の端部の貫通孔からエッチング予定領域２５の外側方向に進められるエッチングより、２倍のスピードでエッチングが進むと近似することができる。したがって、所定巾がエッチングにより除去されエッチング予定領域２５の外側の部位がエッチングされる前に、残部がエッチングにより消滅するように所定巾が残部の巾の半分より大きくなるように設定されている。
したがって、本実施形態の加速度センサの製造方法によれば、まず、貫通孔２７が複数形成されることにより、半導体基板１およびベース３の内部の密閉空間内の圧力と、半導体基板１およびベース３の外側の外圧とが同じになった後、残りのエッチング予定領域２５が除去されるので、半導体基板１およびベース３の密閉空間の圧力と、半導体基板１およびベース３の外側の外圧との圧力差に起因する応力が発生せず、梁部１４などの微細形状にクラック等の形状不良が発生することを抑制することができる。また、網目状部２６は、ハニカム構造であるので、貫通孔２７が形成されてもエッチング予定領域２５は網目状部２６によってつながっており、貫通孔２７を形成する直前の応力や、貫通孔２７が貫通する際の衝撃が梁部１４等の微細形状にかからず、梁部１４等の微細形状にクラック等の形状不良が生じることを防ぐことができる。
また、上記第１の実施形態の加速度センサ製造方法は１軸のピエゾ抵抗型の加速度センサを用いて説明したが、３軸の静電容量型の加速度センサにおいても本願発明の製造方法を用いることができ、以下に静電容量型の加速度センサを用いて本願発明の第２の実施形態について説明する。なおここでは、製造方法の内、主要な工程を説明し、その他の工程の説明は省略することにする。また、上記第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を行う。
本実施形態の加速度センサの半導体基板１は図５（ａ）に示すように、シリコンからなる活性層３０と活性層３０の一面側に設けられ酸化シリコンからなる中間酸化層３１と中間酸化層３１において活性層３０と反対側の表面に設けられたシリコンからなる基板層３２とから成り、３層の積層構造を有している。まず、図５（ｂ）、図６（ａ）に示すように、半導体基板１の基板層３２側の一表面側（図５（ａ）における下面側）からエッチングを行い、おもり部１３を囲む凹所２２を形成する。このとき、まず、中間酸化層３１をエッチングストッパとして利用し、基板層３２の厚さを深さとする凹所を形成した後、露出した中間酸化層３１もエッチングにより除去し、基板層３２および中間酸化層３１の厚さを深さとする凹所２２を形成する。ここにおいて、凹所２２の底面と半導体基板１の活性層３０側で前記一表面側と反対側である、他表面側（図５（ａ）における上面側）との間の部位は活性層３０からなる薄肉部２３であり、この薄肉部２３は薄肉部２３の所定箇所を利用して形成され、おもり部１３とフレーム部１１とを接続する梁部１４が形成される予定領域である梁部形成予定領域２４と、薄肉部２３において、おもり部１３とフレーム部１１との間の梁部形成予定領域２４以外の箇所であるエッチング予定領域２５とから構成されている。
次に図５（ｃ）に示されるように、半導体基板１の前記一表面側に、ベース３を接合、封着させる。ここにおいて、ベース３を接合させることにより半導体基板１およびベース３の内部には密閉空間が形成され、この密閉空間の圧力は接合雰囲気に依存するが、密閉空間の圧力は真空圧でも大気圧でもよい。
次に図５（ｄ）、図６（ｂ）に示されるように、半導体基板１の前記一表面側にエッチング用のフォトレジストを形成して等方性エッチングを行うことにより、エッチング予定領域２５の全周に亘って薄肉部２３を貫通する貫通孔２７を複数形成し、複数の貫通孔２７により網目状になった網目状部２６を薄肉部２３に形成する。ここで網目状部２６はハニカム構造になるように形成されている。
次に図５（ｅ）に示されるように、網目状部２６において隣接する貫通孔２７に挟まれる残部をサイドエッチングにより細らせて残部を消滅させることにより、エッチング予定領域２５を完全に除去し開口１２を形成する。ここで、網目状部２６において隣接する貫通孔２７に挟まれる残部の巾は略同一になるように貫通孔２７が形成されており残部の巾は薄肉部２３の厚みの半分より小さくなるように設定されている。また、複数の貫通孔２７はエッチング予定領域２５の全周においてエッチング予定領域２５より所定巾内側に形成されており、この所定巾が残部の巾の半分より大きくなるように設定されている。
【符号の説明】
【００２０】
１  半導体基板
２  カバー
３  ベース
１１  フレーム部１１
１２  開口
１３  おもり部
１４  梁部
１５  ピエゾ抵抗
１６  拡散配線
１７  絶縁層
１８  電極
１９  アルミ膜
２０  所定領域
２２  凹所
２３  薄肉部
２４  梁部形成予定領域
２５  エッチング予定領域
２６  網目状部
２７  貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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