JP3627884B2 - メッキ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、噴流方式のメッキ装置に関し、特に、比較的小口径の半導体ウェハに電極バンプを形成するような微細で高精度の膜厚制御が要求されるメッキを行うのに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、シリコンウェハ等の半導体ウェハに電気メッキを施すために噴流方式の電気メッキ法が用いられている。噴流方式の電気メッキ法を、図6を用いて説明する。筒状をなすメッキセル40の上端部が縮径化され、その端面にはパッキン41を介して被メッキ基板42がメッキセル40の上部開口部を塞ぐように配置され、支持部材43により固定される。つまり、支持部材43により被メッキ基板42をパッキン41に押さえつけ、パッキン41と被メッキ基板42との接触面を液密状態としている。又、パッキン41と被メッキ基板42との間に給電電極44が挟み込まれ、給電電極44が被メッキ基板42の下面と接触している。さらに、メッキセル40の縮径部にはメッキ液流出孔45が形成されるとともに、メッキ液流出孔45よりも下方におけるメッキセル40の内部に対向電極46が配置されている。そして、メッキセル40の下部からメッキ液が供給され、このメッキ液が対向電極46を通って被メッキ基板42の下面に当たり流出孔45からメッキセル40の外に流れ出る。このとき、対向電極46と給電電極44との間に被メッキ基板42の下面とメッキ液を介して定電流を流すことにより、被メッキ基板42の下面に電気メッキが施される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この噴流方式の電気メッキ法はシリコンウェハ等の大口径ウェハには有効であるが、GaAsやInPウェハ等の小口径ウェハに対しては以下のような不具合がある。
【0004】
つまり、図6に示す噴流式メッキ装置により電気メッキを行うと、被メッキ基板42の下面とメッキ液の流出孔45との間における被メッキ基板42の外周部にメッキ液がよどむ領域47が発生してしまう。これにより、被メッキ基板42の外周部でのメッキ層の膜厚分布が悪化してしまう(よどみ部分の膜厚が薄くなる)。
【0005】
又、メッキセル40の上部開口部を被メッキ基板42で開塞する構造であるため、被メッキ基板42の外周部にパッキン41との接触によるメッキ層の未形成領域が発生してしまう。よって、GaAsやInPのように比較的小口径のウェハに電気メッキを施す場合においてはウェハの外周部までウェハ面積を有効活用することができない。
【0006】
このように、メッキセル40の上部開口部を半導体ウェハで閉塞する構造であったがために、ウェハ外周部の閉塞のためのシール部分がメッキされなかったり、ウェハ外周部に発生するメッキ液のよどみによりウェハ外周部のメッキ膜厚分布が悪化してしまう。
【0007】
そこで、この発明の目的は、比較的小口径の被メッキ基板に対してもメッキ膜厚の均一性を向上することができるメッキ装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本願の発明では、内部に対向電極が配置された立設状態の筒体での上部開口部において下方に開口する基板収納凹部を有する基板ホルダに対し基板収納凹部に被メッキ基板を配置し、この状態で筒体の内部にメッキ液を供給して筒体の上部開口部からメッキ液を溢れさせることにより被メッキ基板の下面を電気メッキする。よって、筒体の上部開口部を被メッキ基板で閉塞する従来方式に比べ、被メッキ基板の外周部(従来方式のシール部分)にメッキが形成されない領域が発生することなく、また、液の滞留によるメッキ膜厚の不均一が発生することもない。又、被メッキ基板を基板収納凹部に配置しているので、GaAsやInP等の割れやすい半導体ウェハにメッキを施す場合においてもウェハの破損を防止することができる。
【0009】
すなわち、メッキ装置として、請求項1に記載の構成を採用することにより、ポンプの駆動によりメッキセル内にメッキ液を供給してメッキセルの上部開口部からメッキ液を溢流させる時に、基板ホルダの基板収納凹部に収納された被メッキ基板がメッキされる。
【0011】
そして、係止爪により基板収納凹部に被メッキ基板を収納した状態で支持されるとともに、給電電極が被メッキ基板の被メッキ面と電気的に接触する。
【0012】
さらに、プレートを付勢するバネにより棒体を介して係止爪により基板収納凹部での被メッキ基板が押圧支持される。
請求項2に記載の構成を採用すると、被メッキ基板の被メッキ面の高さがメッキセルの上部開口部よりも低くなり、メッキ液の流量が少なくても被メッキ基板をメッキ液に確実に浸すことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下に、この発明を具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明する。
【0014】
図1には、本実施の形態におけるメッキ装置の全体構成図を示す。このメッキ装置は、メッキセルを用いた噴流式メッキ装置であり、半導体ウェハ上に数10〜数100μm程度の寸法の電極用バンプを高速で形成する際に用いる。
【0015】
本メッキ装置は、外側容器としての循環槽1およびその循環槽1内に立設状態で配置されるメッキセル(筒体)2を備えている。循環槽1の中にはメッキ液3が入っている。循環槽1の上部開口部にはメッキ液3の蒸発を抑制するための蓋材4が設けられている。
【0016】
メッキセル2は有底円筒状をなし、上部開口面2aは水平となっている。メッキセル2の内部には対向電極12が配置されている。対向電極12は多孔板状をなし、メッキセル2の上部開口面2aと平行に設置されている。対向電極12からは導線18aが循環槽1の外部まで延設されている。尚、対向電極12は多孔板状の他にも網状であってもよい。
【0017】
メッキセル2の底面には連通管5の一端が接続され、連通管5の他端側は循環槽1の外部に引き出された後、循環槽1の底面と接続されている。循環槽1の外部における連通管5にはメッキ液供給用ポンプ6が配置されるとともにバルブ7が配置されている。又、循環槽1の底面には連通管8の両端が接続され、連通管8にはメッキ液循環用ポンプ9が配置されるとともにバルブ10が配置されている。
【0018】
循環槽1の蓋材4にはヒータ11が取り付けられ、このヒータ11の発熱部(コイル)が循環槽1内のメッキ液3に浸漬している。
又、循環槽1の蓋材4の中央部には基板ホルダ13が設けられ、この基板ホルダ13に被メッキ基板14が取り付けられている。メッキセル(筒体)2は上部開口面2aの面積が被メッキ基板14の面積よりも大きくなっており、被メッキ基板14はメッキセル2の上部開口面2aに位置している。
【0019】
図2には、図1の基板ホルダ13の詳細を示す。
基板ホルダ13は循環槽1の蓋材4に装着可能なプレート20aを有し、そのプレート20aの下面中央部には円形の突部20bが形成されている。突部20bの下面には円形の基板収納凹部15が形成されている。つまり、基板ホルダ13はメッキセル2の上部開口部2aにおいて下方に開口する基板収納凹部15を有する。この凹部15の中に被メッキ基板14が嵌入されている。さらに、より詳しい構成図である図3に示すように、突部20bの下面における基板収納凹部15の外周部には90°間隔で基板係止爪16a,16b,16c,16dが配置されている。この基板係止爪16a〜16dは長方形の板材よりなり、同爪16a〜16dの基端部を貫通するネジ17を突部20bに螺入することにより係止爪16a〜16dの先端部が被メッキ基板14と接触して凹部15内の被メッキ基板14を押圧支持する。このように、被メッキ基板14は被メッキ面を下にして凹部15内に配置されるとともに、ネジ17の螺入による基板係止爪16a〜16dの突部20bへの締め付けにより被メッキ基板14の外周部の4箇所で固定されている。
【0020】
尚、符号16a〜16dにて示した基板係止爪は3個以上設けると安定して被メッキ基板14を支持できる。
図3の基板係止爪16a〜16dには給電電極(導線)18bが埋設されている。即ち、基板係止爪16a〜16dに形成した穴に給電電極(導線)18bを通している。この給電電極18bの一端が基板係止爪16a〜16dの先端部表面から突出(露出)し被メッキ基板14の下面と接触している。又、給電電極18bの他端が突部20b及びプレート20aの内部を通して外部まで延設されている。即ち、突部20b及びプレート20aに形成した穴に給電電極(導線)18bを通している。このように、基板係止爪16a〜16dにおいて先端の被メッキ基板14の下面と接触する部分にのみメッキ用給電電極18bが露出しており、基板係止爪16a〜16dにより被メッキ基板14を凹部15内に固定する際にメッキ用給電電極18bと被メッキ基板14の下面とが電気的に接触する。
【0021】
図1に示すように、循環槽1の外部において、対向電極12から延びる導線18aと給電電極18bとは定電流電源19が接続され、導線18aに正の電圧が、給電電極18bに負の電圧が印加できるようになっている。
【0022】
次に、このように構成したメッキ装置を用いたメッキ方法を説明する。
まず、図1の基板ホルダ13を循環槽1の蓋材4から取り外し、被メッキ基板14でのメッキを施そうとする面が表になるように基板14を基板ホルダ13の基板収納凹部15に嵌入し、前述したようにネジ17を螺入して基板係止爪16a〜16dにより被メッキ基板14を固定する。そして、基板14の取付け後の基板ホルダ13を、循環槽1の蓋材4に装着する。
【0023】
この状態においては、被メッキ基板14の下面をメッキセル2の上部開口部2aから溢れるメッキ液3に浸漬させることが可能な状態となっている。
そして、図1のメッキ液供給用ポンプ6の駆動によりメッキ液3がメッキセル2の下部の流入口からメッキセル2内に取り入れられ、さらに流入したメッキ液3は、多孔板状対向電極12を通り抜け、図2の矢印にて示すように、被メッキ基板14の下面に当たり、その後、メッキセル2の上部開口部2aから(被メッキ基板14及び突部20bの外周部から)メッキセル2の外周に流れ落ちて循環槽1に戻る。この時、図1のバルブ7の開度調整によりメッキ液3のメッキセル2への流入量、即ち、メッキセル2の上部開口部2aでの溢流の量を調整する。
【0024】
尚、メッキ液供給用ポンプ6の回転数調整によりメッキ液3のメッキセル2への流入量を調整してもよい。
さらにこの時、図1のヒータ11の駆動によりメッキ液3の温度が電気メッキ時の適正温度にコントロールされる。又、メッキ液循環ポンプ9の駆動により循環槽1中のメッキ液3を循環してメッキ液3の温度を均一にすることができる。このメッキ液3の循環液量はバルブ10の開度により制御するか、メッキ液循環ポンプ9の回転数により制御する。
【0025】
このようにメッキできる環境を整えた後、被メッキ基板14の下面とメッキ液3を介して定電流電源19を用いて定電流を流すことにより、被メッキ基板14の下面に電気メッキを施す。
【0026】
このとき、図1,2に示すように、被メッキ基板14の被メッキ面(下面)の高さがメッキセル2の上部開口部2aとほぼ同じ高さとなっている。よって、メッキ液3が被メッキ基板14の下面と同程度の高さのメッキセル2の上部開口部2aから溢れるので、メッキ液3のよどみが無く被メッキ基板14の外周部のメッキ膜厚分布の悪化が発生しない。つまり、図6に示す装置を用いて電気メッキを行う場合においては、被メッキ基板42の下面とメッキ液の流出孔45とは高さのズレが生じており被メッキ基板42の外周部にメッキ液のよどみ47が発生し、これにより基板42外周のメッキ面の膜厚分布の悪化を招く。これに対し、本実施形態では基板14の被メッキ面(下面)とメッキセル2の上部開口部2aとがほぼ同じ高さとなっているのでメッキ液3のよどみが形成されることがなく、基板14外周のメッキ面の膜厚分布の悪化が回避される。
【0027】
ここで、被メッキ基板14の被メッキ面の高さをメッキセル2の上部開口部2aよりも低くしてもよい。このようにすると、メッキ液3の流量を小さくしても確実に被メッキ基板14の被メッキ面をメッキ液3に浸漬させることができ、少流量にてメッキの膜厚分布を良好にすることができる。
【0028】
又、図6に示す装置はメッキセル40の上部開口部を被メッキ基板42で閉塞する構造であり被メッキ基板42の外周部にパッキン41との接触によるメッキの未形成領域ができてしまうが、本実施形態ではメッキセル2の上部開口部2aを被メッキ基板14で閉塞する構造でないためメッキの未形成領域が発生しない。よって、GaAsやInPのように比較的小口径のウェハに電気メッキを施す場合においても、ウェハの外周部までメッキできウェハ面積を有効活用することができる。
【0029】
さらに、被メッキ基板14のクランプ構造として、被メッキ基板14を基板ホルダ13の基板収納凹部15に嵌入し基板係止爪16a〜16dにより被メッキ基板14をクランプする構造を採用した。これにより、GaAsやInPのような割れやすいウェハに対して、メッキ時のウェハの破損を防止することができる。この基板クランプ構造において、基板14での被メッキ面の裏面が基板収納凹部15の底面に接しており基板14での被メッキ面の裏面が基板ホルダ13によりマスクされているため、被メッキ面の裏面がメッキ液に曝されメッキ材料の析出等による裏面の汚染が未然に回避される。
【0030】
このように本実施形態は、下記の特徴を有する。
(イ)図2に示すように、内部に対向電極12が配置された立設状態のメッキセル2(筒体)での上部開口部2aにおいて下方に開口する基板収納凹部15を有する基板ホルダ13に対し基板収納凹部15に被メッキ基板14を配置し、この状態でメッキセル2の内部にメッキ液3を供給してメッキセル2の上部開口部2aからメッキ液3を溢れさせることにより被メッキ基板14の下面を電気メッキするようにした。よって、図6に示したメッキセルの上部開口部を被メッキ基板で閉塞する従来方式に比べ、被メッキ基板の外周部(従来方式のシール部分)にメッキが形成されない領域が発生することなく、また、液の滞留によるメッキ膜厚の不均一が発生することもない。又、被メッキ基板14を基板収納凹部15に配置しているので、GaAsやInP等の割れやすい半導体ウェハにメッキを施す場合においてもウェハの破損を防止することができる。
【0031】
本実施形態の応用例を以下に述べる。
メッキ用給電電極18bを基板係止爪16a〜16dの先端の被メッキ基板14の被メッキ面と接触する部分にのみ露出させる方法として、上述した形態では、基板ホルダ13や基板係止爪16a〜16dに形成した穴を通したが、メッキ液3に曝されるメッキ用給電電極18bをテフロン等のチューブで被覆してもよい。あるいは、メッキ用給電電極18bと基板係止爪16a〜16dとを一体成形し基板係止爪16a〜16dの先端での被メッキ基板14の被メッキ面と接触する部分にのみメッキ用給電電極18bを露出させてもよい。
【0032】
又、循環槽1内にメッキセル2を複数配置することにより、複数の被メッキ基板14に電気メッキを行うようにしてもよい。
さらに、メッキセル2は円筒状の他にも、正方形等の多角形の断面を持つ筒体でもよい。
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【0033】
図4には、本実施形態における被メッキ基板14のクランプ構造を示す。
基板ホルダ13の突部20bにおける基板収納凹部15の外周側には貫通孔21a,21b,21c,21dが90°毎に形成されている。貫通孔21a,21b,21c,21d内には棒体22a,22b,22c,22dが摺動可能に配置され、棒体22a〜22dの一端には基板係止爪23a,23b,23c,23dが固定されるとともに他端にはプレート24が固定されている。プレート24と突部20b(プレート20a)との間には圧縮コイルバネ25が配置され、圧縮コイルバネ25によりプレート24が突部20b(プレート20a)から離れる方向に付勢されている。即ち、圧縮コイルバネ25のバネ力により基板係止爪23a〜23dが被メッキ基板14を押圧支持している。
【0034】
又、基板ホルダ13のプレート20aの上面にはプレート24を囲うようにカバー26が取り付けられ、カバー26にはネジ27が螺合している。このネジ27の先端部はプレート24と接触しており、ネジ27の螺合位置により基板係止爪23a〜23dの位置を調整できるようになっている。
【0035】
つまり、棒体22a〜22dは突部20b(プレート20a)に対して可動であり、バネ25の伸力によってプレート24が押され、それに連動して棒体22a〜22dと基板係止爪23a〜23dとが引き上げられ、基板係止爪23a〜23dにより被メッキ基板14が突部20bに押さえつけられている。
【0036】
このようにバネ25の伸力により被メッキ基板14を固定するため、図3の被メッキ基板14の固定方法に比べ、ネジ17の締めすぎ等の原因による被メッキ基板14の破損を防止することができる。
【0037】
被メッキ基板14を着脱する際には、図4のネジ27をねじ込むことにより、プレート24及び棒体22a〜22dさらに基板係止爪23a〜23dを図4中、下方に移動させ、被メッキ基板14を基板収納凹部15に挿入あるいは取り外しを行う。この作業は容易なものとなる。
【0038】
ここで、図4の基板係止爪23a〜23dは2枚の板材を貼り合わせたものであり、2枚の板材の間にメッキ給電電極18bが配置され、かつ、電極18bは基板係止爪23a〜23dの先端での被メッキ基板14の被メッキ面と接触する部分にのみ露出している。
【0039】
尚、符号21a〜21d,22a〜22d,23a〜23dにて示した貫通孔、棒体、係止爪は3個以上設けると安定して被メッキ基板14を支持できる。又、ネジ27の個数は1個でも2個以上であってもよい。
(第3の実施の形態)
次に、第3の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【0040】
図5には、本実施形態における基板ホルダ13の支持構造を示す。
循環槽1は上部が開口されており、基板ホルダ13のプレート20aは循環槽1の上部開口部に対応する大きさを有している。そして、プレート20aの外周部には少なくとも3箇所以上にネジ穴30aが設けられ、このネジ穴30aに通したネジ30bが循環槽1に螺入している。つまり、基板ホルダ13が循環槽1の上部開口部においてネジ30bにより上下位置調節可能に支持されている。
【0041】
このネジ30bの螺入位置調節により基板ホルダ13の上下位置を調整することができ、最適なる基板位置にセットすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態におけるメッキ装置の断面図。
【図2】同じくメッキ装置の部分断面図。
【図3】同じくメッキ装置の要部を説明するための説明図。
【図4】第2の実施の形態におけるメッキ装置の要部を説明するための説明図。
【図5】第3の実施の形態の形態におけるメッキ装置の要部断面図。
【図6】従来のメッキ装置の要部断面図。
【符号の説明】
1…循環槽(外側容器)、2…メッキセル(筒体)、2a…上部開口部、3…メッキ液、4…蓋材、6…メッキ液供給用ポンプ、12…対向電極、13…基板ホルダ、14…被メッキ基板、15…基板収納凹部、16a〜16d…基板係止爪、18b…給電電極、21a〜21d…貫通孔、22a〜22d…棒体、23a〜23d…係止爪、25…圧縮コイルバネ、26…カバー、27…ネジ、30…ネジ。
Claims (2)
- 外側容器と、
筒状をなし、前記外側容器内において立設状態で配置されるとともに上部開口部が被メッキ基板より大きいメッキセルと、
前記メッキセルの内部においてメッキ液が通過可能な状態で配置された対向電極と、
前記メッキセル内にメッキ液を供給してメッキセルの上部開口部からメッキ液を溢流させるポンプと、
前記メッキセルの上部開口部において下方に開口する基板収納凹部を有する基板ホルダと、
前記基板ホルダに設けられ、前記基板ホルダの基板収納凹部に被メッキ基板を配置した状態で被メッキ基板と電気的に接触する給電電極と
を備え、
前記基板ホルダには、基板収納凹部に被メッキ基板を収納した状態で支持する係止爪が設けられ、該係止爪の先端の被メッキ面との接触部分に給電電極が露出しており、
前記基板収納凹部の外周側において少なくとも3箇所以上に貫通孔を有し、該貫通孔に棒体を通すとともに、該棒体の一方に前記係止爪を固定し、棒体の他方に各棒体を連結するプレートを連結し、該プレートを付勢するバネにより基板収納凹部での被メッキ基板を押圧支持するようにしたことを特徴とするメッキ装置。 - 前記被メッキ基板の被メッキ面の高さを、前記メッキセルの上部開口部よりも低くしたことを特徴とする請求項1に記載のメッキ装置。
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