JP3608497B2 - ボンディング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体チップを保持するヘッドに対して、基板を保持するステージの平行度を簡易に測定および自動調整するボンディング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体チップなどを基板などにダイレクトにボンディングする工程において、ボンディング時のチップ、基板間の平行度は安定した製品を製作する上で重要である。よって、このようなボンディング装置において、ヘッドとステージ間の平行度調整は数μmのレベルで行う必要がある。
【0003】
かかる従来のボンディング装置として特開平6−140467号公報の図6によって説明する。図6において、CA,CB,CC,CDは加圧ステージSTにおいてボンディングヘッドBHと接触すべき領域の四隅に形成されたキャパシタンス部である。S1,S2,S3,S4はキャパシタンス部CA,CB,CC,CDのそれぞれに接続される第1、第2、第3、第4の静電容量検出部で、ボンディングヘッドBHとこれらキャパシタンス部CA〜CDとの間に所定電圧Eを印加すると共に、これらのキャパシタンス部CA〜CDの各静電容量を検出するものである。
【0004】
上記のように構成されたボンディング装置の平行度調整手順を図6によって説明する。まず、ヘッド駆動機構(図示せず)を駆動して、ボンディングヘッドBHを下降して押圧し(ステップ1)、ボンディングヘッドBHと加圧ステージSTとの隙間が所定の値に達すると、第1のキャパシタンス部CAとボンディングヘッドBH間に電圧Eを印加したうえで、第1静電容量検出部S1によりキャパシタンス部CAの静電容量を測定し、データが制御手段CUへ送られる(ステップ2)。同様に、第2、第3、第4のキャパシタンス部CB,CC,CDについても測定を行う(ステップ3)。
そして、これらの静電容量CA〜CDの全てが等しい場合は、加圧ステージSTに対し、ボンディングヘッドBHが平行とみなして、ボンディングヘッドBHを上昇させる(ステップ4)。
【0005】
一方、そうでないときは、制御手段CUは、各キャパシタンス部CA,CB,CC,CDの各位置における間隔を演算し、平行とするためのx方向、y方向のそれぞれに関する移動量を演算し、演算結果を満たすようにモータMX,MYを駆動する(ステップ5)。
そして、再度平行度が出ているかどうかチェックするため、ステップ2以下の処理を繰り返して平行度調整手順を実行して終了する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成されたボンディング装置では、加圧ステージSTにおいてボンディングヘッドBHと接触すべき領域の四隅に形成されたキャパシタンス部を形成する工程が煩雑である(特開平6−140467号公報図3参照)という問題点があった。
【0007】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ヘッドの押圧面とステージ面の平行度を簡易に精度良く調整できるボンディング装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の発明のボンディング装置は、半導体チップを保持すると共に、該半導体チップを押圧する押圧面を有するヘッドと、上記半導体チップが上記ヘッドによりボンディングされる基板を、載置する面を有するステージとを有し、上記押圧面又は上記面には、表面が平な平面部材を当接し、レーザ光により距離を測定するもので、該ヘッドの押圧面に対向して配置されると共に、上記平面部材の表面又は上記押圧面までの距離を測定する第1の測定手段と、レーザ光により距離を測定するもので、該ステージの面に対向して配置されると共に、上記平面部材の表面又は上記面までの距離を測定する第2の測定手段と、上記第1の測定手段を上記ヘッドの押圧面に沿って水平に相対移動させる第1の移動機構と、上記第2の測定手段を上記ステージの面に沿って水平に相対移動させる第2の移動機構と、上記ヘッドの押圧面と上記ステージの面との傾きを調整する傾き調整機構と、上記第1の移動機構により水平移動した少なくとも非同一直線上における三点の位置に対応した第1の測定手段からの三点の測定値に基づいて上記ヘッドの押圧面の傾きを演算し、上記第2の移動機構により水平移動した少なくとも非同一直線上における三点の位置に対応した第2の測定手段からの三点の測定値に基づいて上記ステージの面の傾きを演算し、上記ヘッドの押圧面及び上記ステージの面の傾きの演算値に基づいて上記ヘッドの押圧面と上記ステージの面との傾きを演算する演算手段と、該演算手段の上記ヘッドの押圧面と上記ステージの面の傾き値に基づいて上記傾き調整機構により上記ヘッドの押圧面又はステージの面の傾きを調整する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【0009】
第2の発明のボンディング装置は、第1の移動機構と第2の移動機構が同一である、ことを特徴とするものである。
【0010】
第3の発明のボンディング装置おける第1及び第2の移動機構は、ヘッド又はステージの移動機構である、ことを特徴とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
この発明の一実施の形態を図1及び図2によって説明する。図1は一実施の形態を示すボンディングの装置の正面図、図2は図1に示す傾き調整機構の斜視図である。
図1及び図2において、ボンディング装置は、半導体チップを吸着保持した状態でボンディングするためのヘッド12をヘッドモータ14により上下移動させるヘッド移動機構10と、被ボンディング対象としてのプリント基板などを吸着保持させるステージ20をステージモータ22により水平方向に移動させる第1及び第2の移動機構としてのステージ用XYテーブル24を備えたステージ移動機構30と、ヘッド12の傾きを調整することによりヘッド12の押圧面とステージ20の表面との平行度を調整せしめる傾き調整機構50と、ヘッド12の面及びステージ20の面との距離を測定する測定部70と、装置の全体及び各部を制御させる装置制御手段80とから成っている、
なお、ステージモータ22はX軸用、Y軸用とそれぞれ各一つ有しているが図1では、簡略化して一つしか図示していない。
【0014】
傾き調整機構50は、ヘッド駆動機構10を揺動させるための揺動ブロック52と、揺動ブロック52の下部を一点で支える固定支持部材59と、揺動ブロック52の揺動中心となると共に、固定支持部材59の水平突起部に設けられた固定側球面ジョイント54と、揺動ブロック52を上部二点で支える可動側球面ジョイント56と、揺動ブロック52を揺動させるための揺動モータ57を有すると共に、固定支持部材59の上に設けられた揺動用XYテーブル58と、揺動用XYテーブル58の動きを可動側球面ジョイント56に伝達するために基台60に端部が固着された二つの板ばね62とから成っている。
ここで、板ばね62は水平方向には変形し難く、鉛直方向に変形し易いように配置されている。
【0015】
測定部70は、ステージ20に固定されると共に、ヘッド12の押圧面の高さをレーザを照射することにより測定する第1の測定手段としてのヘッド測定器74と、ヘッド12に固定されると共に、ステージ20の表面高さを測定する第2の測定手段としてのステージ測定器72と、ステージ20上に置かれると共に、ヘッド測定器74の測定に適するように厚さ方向が高精度に平行に加工された板ガラスの平行な一面にクロムを蒸着させたミラー76とを備えている。
ここで、ミラー76を設けたのは、ヘッド12の表面が平行に加工されていても、該表面には僅かな凹凸が生じ、この凹凸は一般的な表面加工精度でRmax5〜6Sとなるため、ヘッド12の加工精度を上げることなく、ミラー76によって表面精度を確保するためである。
さらに、ステージ20の端には、ミラー76よりも外形が一回り小さな開口を有する凹部20aが設けられており、該凹部20aを被せるようにミラー76が置かれている。これは、ミラー76の下面がステージ20の表面で傷がつくことを防ぐためである。
また、ヘッド12は絶縁性を確保するためにセラミックとされることが一般で、セラミックの表面部は多孔質となっているためにミラー76によって表面精度を確保するものである。
なお、ステージ20の表面加工精度がヘッド12と同様な場合には、ステージ20にミラー76を設けても良い。
【0016】
装置制御手段80は、ステージ測定器72、ヘッド測定器74からレザー光をヘッド12の押圧面、ステージ20の表面に照射すると共に、該距離を測定するための測定器制御部82と、ステージモータ22、揺動モータ57を駆動制御するテーブル制御部84と、装置全体の動作を制御する統括制御部86とから成っている。
統括制御部86は、所定の演算するためにCPUなどから成る演算部88と、RAMなどから成る記憶部89とから成っている。
【0017】
次に、上記のように構成されたボンデイング装置のヘッドの押圧面とステージの表面との平行度調整の動作を図1〜図5によって説明する。図3はボンデイング装置の動作を示すフローチャート、図4はヘッド(a)及びステージ(b)の測定位置を示す斜視図、図5は図2における揺動テーブルの移動量とヘッドの押圧面の傾きの関係を示す相関図である。
【0018】
まず、スタート信号が入ると、ヘッドモータ14、ステージモータ22を駆動することにより、ステージ20上のミラー76をヘッド12で吸着保持する(ステップS101)。ヘッドモータ14、ステージモータ22を駆動することにより、ヘッド12に吸着されたミラー76をヘッド測定器74の上方のヘッド測定位置へ移動する(ステップS103)。
この時のヘッド12の鉛直(Z軸)方向位置は、実際にボンディングを成すヘッド12の位置と同じ高さになるようにする。これは、実際にボンディングされる位置と側定位置との差異によりヘッド12の押圧面の傾きの変化を抑制するためである。
【0019】
図4(a)に示すように、測定器制御部82はヘッド測定器74によりミラー76の下面ポイントB0の高さH0を測定し、テーブル制御部84はステージモータ22を駆動することによりヘッド測定器74をXプラス方向に距離L0移動し、測定器制御部82はミラー76の下面ポイントB1の高さH1を測定し、テーブル制御部84はステージモータ22を駆動することによりヘッド測定器74をYプラス方向に距離L1移動し、測定器制御部82はミラー76の下面ポイントB2の高さH2を測定して各高さH0〜H2を記憶部89に記憶する(ステップS105)。ここで、高さH0〜H2は、ヘッド測定器74の基準位置から各高さH0〜H2までの点を図4(a)に示すZ方向を正としたものである。
【0020】
演算部88は、記憶部89に記憶された高さH0、H1、H2および移動距離L0、L1に基づいてヘッド12の押圧面におけるX方向の微少な傾きをΔθX1(rad)、Y方向の微少な傾きをΔθY1(rad)として下式により演算する(ステップS107)。
ΔθX1=(H1−H0)/L0・・・・・・・(1)
ΔθY1=(H2−H1)/L1・・・・・・・(2)
【0021】
テーブル制御部84はヘッドモータ14、ステージモータ22を駆動することによりステージ測定器72をステージ20上の測定位置へ移動させる(ステップS109)。図4(b)に示すように、測定器制御部82はステージ測定器72を用いてステージ20の表面ポイントS0の高さH3を測定し、テーブル制御部84はステージモータ22を駆動することによりステージ20をXマイナス方向に距離L2移動し、測定器制御部82はステージ20の表面ポイントS1の高さH4を測定し、テーブル制御部84はステージモータ22を駆動することによりステージ20をYマイナス方向に距離L3移動し、測定器制御部82はステージ20の表面ポイントS2の高さH5を測定し、記憶部89に高さH3,H4,H5を記憶する(ステップS111)。ここで、高さH3〜H5はステージ測定器21の基準位置から各H3〜H5への点を図4(b)に示すZ方向を正としたものである。
【0022】
演算部88は記憶部89に記憶された高さH3、H4、H5および移動距離L2、L3をステージ20の表面におけるX方向の微少な傾きをΔθX2(rad)、Y方向の微少な傾きをΔθY2(rad)として下式により求める(ステップS113)。
ΔθX2=(H4−H3)/L2・・・・・・・(3)
ΔθY2=(H5−H4)/L3・・・・・・・(4)
【0023】
ステップS107で求めたヘッド12、ステップS113で求めたステージ20の傾きを用いて、ステージ20の表面に対するヘッド12の押圧面におけるX方向の微少な傾きをΔθX0(rad)、Y方向の微少な傾きをΔθY0(rad)とすると、ΔθX0,ΔθY0は下式となり、演算部88は下式に基づいてヘッド12の押圧面の傾きを演算する(ステップS115)。
ΔθX0=ΔθX1−ΔθX2・・・・・・・(5)
ΔθY0=ΔθY1−ΔθY2・・・・・・・(6)
そして、演算部88は該ΔθX0,ΔθY0が予め定めた傾き許容値ΔθX、ΔθY(rad)に対して下式を満たすか確認する(ステップS117)。
|ΔθX0|≦ΔθX・・・・・・・(7)
|ΔθY0|≦ΔθY・・・・・・・(8)
【0024】
(7)及び(8)式を満す場合には、ステージ20表面に対するヘッド12下面の傾きが許容値内に入っているので、ヘッド12に吸着しているミラー76を所定の場所へ戻し(ステップS119)、平行度の検出及び調整動作を終了する。
一方、(7),(8)式のいずれかを満たさない場合には、ステージ20表面に対するヘッド12下面の傾きが許容値内に入っていないので、演算部88はヘッド12の下面の傾きをステージ20表面の傾きに合わせるために必要な微小傾き量ΔθX0、ΔθY0に相当する揺動テーブル58のX方向への微少な移動量ΔXm(m)、Y方向への微少な移動量ΔYm(m)とを以下のように求める。
すなわち、図5に示す傾き量ΔθX0、ΔθY0とX方向移動量ΔXm、Y方向移動量ΔYmとの相関図より三角形ABCと三角形abcとが相似形であり、角度ΔθX0、ΔθY0が微小であるので、下記(9),(10)式を得る。
この(9),(10)式により該移動量ΔXm,ΔYm求め、該移動量ΔXm,ΔYmに相当する揺動モータ57の回転量を演算する(ステップS121)。
ΔXm=ΔθX0・Z・・・・・(9)
ΔYm=ΔθY0・Z・・・・・(10)
ここに、Z:揺動ブロックのZ軸方向の長さ(m)
【0025】
テーブル制御部84は該回転量の回転を揺動モータ57に与えて、揺動テーブル58をXY方向に移動させることにより揺動テーブル58に連結された板ばね62および移動側球面ジョイント56が固定側球面ジョイント54に対してXY方向に変位するため、その結果、固定側球面ジョイント54を回転中心として揺動ブロック52が傾けられてヘッド12の傾きを調整する(ステップS123)。そして、再び前記ステップS103〜S115を実行し、ステップS117において、ステージ20表面に対するヘッド12下面の傾きが許容値内になると、前記のようにステップS119を実行する。
【0026】
以上のようにボンディング装置の平行度調整は、ステージ移動機構30により移動した非同一直線上における三点の位置に対応したヘッド測定器74からの三点の測定値に基づいてヘッド12の傾きを演算部88により演算し、ステージ移動機構30により移動した非同一直線上における三点の位置に対応したステージ測定器72からの三点の測定値に基づいてステージ20の面の傾きを演算部88により演算し、ヘッド12面及びステージ20の面の傾きの演算値に基づいてヘッド12の面とステージ20の面の傾きを演算部88により演算し、演算部88の該傾き値に基づいて傾き調整機構50によりヘッド12の傾きをテーブル制御部84により調整して、ヘッド12面とステージ20面との傾きを簡易に精度良く調整できるものである。
さらに、ステージ測定器72、ヘッド測定器74を水平移動させる移動手段をステージ移動機構30の一つにしたので、ステージ測定器72、ヘッド測定器74を各移動機構により移動して測定するのに比較して移動機構間の微少な傾きが生じないものである。
【0027】
なお、前記実施の形態1では、ステージ移動機構30によりステージ20を水平(XY)方向に移動してヘッド測定器72、ステージ測定器74によりヘッド12、ステージ20の面を測定したが、ステージ20を停止した状態において、ヘッド12を水平(XY)方向に移動させるヘッド水平移動機構(図示せず)により、ヘッド測定器72、ステージ測定器74により前記同様な測定を実行しても良い。
【0028】
さらに、ヘッド測定器74、ステージ測定器72を水平方向に移動させる移動機構をそれぞれ備え、各移動機構の水平移動に伴なう、互いの傾きがある場合には、予め二つの移動機構の水平移動による平行度を測定しておいて、該平行度を考慮して傾き調整機構50を動作してヘッド12とステージ20との平行度調整を実行しても良い。
【0029】
また、ミラー76は、高精度に平行に加工されたものを用いたが、厚さ方向の2面が互いに傾きを有するミラー76の場合には、予めミラー76の平行度を測定しておき、該平行度を考慮して平行度調整を実行しても良い。
【0030】
【発明の効果】
第1の発明によれば、ステージの面に対するヘッドの押圧面の平行度を精度良く簡易に測定し、該平行度を簡易に調整できるという効果がある。しかも、ヘッドの押圧面及びステージの面の距離の測定がヘッドの押圧面又はステージの面の仕上がり精度などに影響されにくいという効果がある。
【0031】
第2の発明によれば、第1の発明の効果に加え、第1及び第2の移動機構を一つにしたので、二つの移動機構間の水平移動によるステージの面及びヘッドの押圧面の測定誤差が少ないという効果がある。
【0032】
第3の発明によれば、第1の発明の効果に加え、第1及び第2の測定手段の移動機構をステージ又はヘッドの移動機構としたので、測定手段専用の移動機構が不要になってボンディング装置が簡易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態を示すボンディング装置の正面図である。
【図2】この発明の一実施の形態の傾き調整機構の斜視図である。
【図3】この発明の一実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図4】この発明の一実施の形態のヘッド(a)及びステージ(b)の測定位置を示す斜視図である。
【図5】図2における傾き調整機構の揺動テーブルの移動量Xm,Ymとヘッドの押圧面の傾きX0,Y0の関係を示す相関図である。
【図6】従来のボンディング装置におけるヘッドの要部斜視図である。
【符号の説明】
12 ヘッド、20 ステージ、30 ステージ移動機構(第1及び第2の移動機構)、50 傾き調整機構、72 ステージ測定器(第2の測定手段)、74ヘッド測定器(第1の測定手段)、76 ミラー(平面部材)、84 テーブル制御部(制御手段)、88 演算部(演算手段)。
Claims (3)
- 半導体チップを保持すると共に、該半導体チップを押圧する押圧面を有するヘッドと、
上記半導体チップが上記ヘッドによりボンディングされる基板を、載置する面を有するステージとを有し、上記押圧面又は上記面には、表面が平な平面部材を当接し、
レーザ光により距離を測定するもので、該ヘッドの押圧面に対向して配置されると共に、上記平面部材の表面又は上記押圧面までの距離を測定する第1の測定手段と、レーザ光により距離を測定するもので、該ステージの面に対向して配置されると共に、上記平面部材の表面又は上記面までの距離を測定する第2の測定手段と、
上記第1の測定手段を上記ヘッドの押圧面に沿って水平に相対移動させる第1の移動機構と、
上記第2の測定手段を上記ステージの面に沿って水平に相対移動させる第2の移動機構と、
上記ヘッドの押圧面と上記ステージの面との傾きを調整する傾き調整機構と、上記第1の移動機構により水平移動した少なくとも非同一直線上における三点の位置に対応した第1の測定手段からの三点の測定値に基づいて上記ヘッドの押圧面の傾きを演算し、上記第2の移動機構により水平移動した少なくとも非同一直線上における三点の位置に対応した第2の測定手段からの三点の測定値に基づいて上記ステージの面の傾きを演算し、上記ヘッドの押圧面及び上記ステージの面の傾きの演算値に基づいて上記ヘッドの押圧面と上記ステージの面との傾きを演算する演算手段と、
該演算手段の上記ヘッドの押圧面と上記ステージの面の傾き値に基づいて上記傾き調整機構により上記ヘッドの押圧面又はステージの面の傾きを調整する制御手段と、を備え、
たことを特徴とするボンディング装置。 - 上記第1の移動機構と上記第2の移動機構が同一である、ことを特徴とする請求項1に記載のボンディング装置。
- 上記第1及び第2の移動機構は、上記ヘッド又は上記ステージの移動機構である、ことを特徴とする請求項2に記載のボンディング装置。
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