JP3549722B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板を保持して回転させつつ基板に所定の処理を行う基板処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用ガラス基板等の基板に塗布処理、現像処理、洗浄処理等の種々の処理を行うために基板処理装置が用いられている。
【0003】
例えば、回転式の塗布装置では、基板を水平に保持して回転させ、基板上に処理液としてフォトレジスト等の塗布液を塗布する。また、回転式の現像装置では、基板を水平に保持しつつ回転させ、基板上に処理液として現像液を供給する。
【0004】
図5は従来の基板処理装置の一例を示す概略断面図である。図5の基板処理装置は回転式の塗布装置である。図5において、基板処理装置は、基板Wを真空吸引により吸着保持する回転保持部(スピンチャック)20を備える。回転保持部20はモータ1の回転軸2の先端に取り付けられ、鉛直軸の回りで回転駆動される。回転軸2の周囲には中空のスリーブ3が配設されている。
【0005】
回転保持部20に保持された基板Wの周囲を取り囲むように飛散防止用カップ4が設けられている。このカップ4は、上カップ4aと下カップ4bとから構成され、上カップ4aは下カップ4bに着脱可能に取り付けられている。上カップ4aには開口部13が設けられ、下カップ4bの下部には複数の排気口7および排液口8が設けられている。排気口7は工場内の排気設備に接続される。
【0006】
回転保持部20の下方には、中カップ6および円板状のカップベース30が配置されている。中カップ6は、外周部に向かって斜め下方に傾斜する傾斜面を有する。また、カップベース30は基板Wの下方側に配置され、その中央部に回転軸2およびスリーブ3が貫通する孔が形成されている。この中カップ6およびカップベース30により基板Wの裏面側に空間Aが形成されている。
【0007】
回転保持部20の上方には、基板W上にレジスト液を吐出するレジストノズル9が上下動可能かつ基板Wの上方位置とカップ4外の待機位置との間で移動可能に設けられている。また、基板Wの下方には、基板Wの裏面を洗浄するためのリンス液を吐出する複数の裏面洗浄ノズル11が配置されている。
【0008】
レジスト液の塗布処理時には、上方から清浄な空気流が上カップ4aの開口部13を通して基板Wの表面に供給される。レジストノズル9から回転保持部20に保持された基板W上にレジスト液が吐出され、基板Wが回転することにより基板Wの表面の全体にレジスト液が塗り広げられる。
【0009】
このとき、余剰なレジスト液が基板Wの回転による遠心力で基板Wの外方へ飛散してカップ4の内壁に付着する。カップ4の内壁に付着したレジスト液の一部は付着したまま残り、さらに残りはカップ4の内壁を伝って流れ落ち、排液口8から外部へ排出される。
【0010】
また、一部のレジスト液は、カップ4の内壁の衝突した際の衝撃でミスト(液状粒子)となる。このミストは、上方から供給される清浄な空気流(図示せず)とともに基板Wの外周部から中カップ6の傾斜面に沿って下降し、中カップ6の下面側から排気口7に吸い込まれて外部の排気設備により排出される。
【0011】
レジスト液の塗布処理後、裏面洗浄ノズル11から基板Wの裏面にリンス液が吐出され、基板W裏面が洗浄される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構造を有する従来の基板処理装置では、レジスト液の塗布処理が行われた基板Wの裏面にレジスト液のミストが付着して基板Wの裏面が汚染されることがあった。基板Wの裏面が汚染されると、後工程の露光処理の際にフォーカス異常が発生する。
【0013】
基板Wの裏面は、裏面洗浄ノズル11から吐出されるリンス液により洗浄されるが、リンス液が回転保持部20に侵入することを防止するために、リンス液を回転保持部20の外周部近傍に吐出することができない。そのため、回転保持部20の外周部近傍の基板Wの裏面にミストが残存する。
【0014】
本発明の目的は、ミストの付着による基板裏面の汚染が防止または軽減された基板処理装置を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明者らは、発明の過程において基板Wの裏面の汚染の発生原因について検討を行った。その結果、以下のことが判明した。
【0016】
図6は塗布処理時における基板処理装置の断面模式図である。図6(a)に示すように、回転保持部20に保持された基板Wが高速回転すると、基板Wの表面近傍の空気が粘性流効果により基板Wの回転による遠心力を受けて基板Wの外方へ引き出される。このような空気の粘性流効果は基板Wの表面から厚み約10mmの領域で生じることが解析により判明した。空気の粘性流効果により、基板Wの表面側では基板Wの表面近傍の空気が外方へ引き出されるが、上方から常に清浄な空気流41が供給されるため、基板の上方から下降して基板Wの表面に沿って基板Wの外方へ移動する空気の流れが形成され、基板Wの表面近傍はほぼ常圧に保持される。
【0017】
これに対し、基板Wの裏面側では空気の粘性流効果により空間A内の空気が矢印Eのように空間Aの外方へ引き出される。この空間Aは基板W、カップベース30および中カップ6によりほぼ閉鎖された空間となっている。このため、矢印Eに示す空気流により空間A内の空気が外方へ引き出されると、空間A内の圧力が低下して負圧が発生する。基板Wの回転数が大きい程、負圧の度合いも増大する。また、基板Wの外方では基板Wから振り切られた処理液がミスト40となって浮遊している。基板Wの回転数が大きくなるに従ってミスト40の量が増大する。
【0018】
さらに、図6(b)に示すように、空間A内の圧力(負圧)と空間Aの外部の圧力との差が大きくなると、矢印Fに示すように基板Wと中カップ6との隙間を通りミスト40を多量に含む空気が空間A内に侵入する。この現象は基板Wの通常の回転時においても発生するが、基板Wの回転数が急激に減少したような場合には矢印Fで示した空気流がより顕著に発生する。空間A内に侵入したミスト40は基板Wの裏面に付着する。また、回転保持部20と基板Wとの吸着面から微小な空気の漏れ(リーク)が生じている場合には、ミスト40が回転式保持部20の周囲の基板Wの裏面に集中的に付着する。
【0019】
このように、基板Wの裏面汚染は基板Wの下面の空間A内の負圧が原因であることが判明した。そこで、本発明者らは、これらの知見に基づいて以下の発明を創出したものである。
【0020】
第1の発明に係る基板処理装置は、基板を保持して回転させつつ基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、基板を保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板の裏面に対向するように配置され、中央部に貫通孔を有する平板状のベース部材と、ベース部材の貫通孔を貫通して上下方向に延びかつ先端に基板保持手段が取り付けられた回転軸を有し、基板保持手段を回転駆動する駆動手段と、回転軸の周囲を取り囲むようにベース部材の貫通孔に挿入された中空のスリーブと、基板保持手段に保持された基板とベース部材との間の空間の周囲を取り囲む整流部材とを備え、中空のスリーブの外側においてベース部材に通気孔が形成されたものである。
【0021】
第1の発明に係る基板処理装置においては、基板保持手段によって基板が保持され、駆動手段によって基板保持手段が回転駆動されつつ基板に所定の処理が行われる。基板の裏面に対向するように配置されたベース部材には中空のスリーブの外側において通気孔が形成されているので、基板とベース部材との間の空間内の空気が基板の回転によって空間の外方へ引き出された場合に、外部の空気をその通気孔を通して当該空間内に導き入れることができる。これにより、基板とベース部材との間の空間の圧力が負圧になることが防止される。したがって、基板とベース部材との間の空間と当該空間の外部との圧力差によりミストを含む空気が基板の裏面側の空間内に侵入して基板の裏面を汚染することが防止される。
【0022】
第2の発明に係る基板処理装置は、第1の発明に係る基板処理装置の構成において、通気孔はベース部材の貫通孔の周囲に複数個形成されたものである。
【0023】
この場合、通気孔が貫通孔の周囲に複数個形成されているので、基板とベース部材との間の空間内に、回転軸の周囲から基板の外周側に向かう空気の流れが形成される。このため、基板の外周部側から基板とベース部材との間の空間内にミストを含む空気が侵入し難くなり、それによって基板の裏面側へのミストの回り込みが防止される。
【0024】
第3の発明に係る基板処理装置は、第1または第2の発明に係る基板処理装置の構成において、基板保持手段は基板の裏面の中央部を支持する支持部を備え、通気孔は支持部の外周部よりも内側に相当する位置に形成されたものである。
【0025】
この場合、通気孔を通り基板とベース部材との間の空間内に侵入する空気は基板保持手段の支持部に向かって流動する。このため、駆動手段の発熱により加熱される支持部が冷却され、支持部に支持された基板の温度上昇が抑制される。これにより、基板の温度分布が均一となり、基板の処理状態を均一化させることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施例における基板処理装置の概略断面図である。本実施例では、基板処理装置の一例として回転式の塗布装置について説明する。
【0027】
図1において、基板処理装置は、基板Wを水平姿勢で吸着保持する真空吸引式の回転保持部(スピンチャック)20を備える。回転保持部20はモータ1の回転軸2の先端に取り付けられ、鉛直軸の周りで回転駆動される。モータ1の回転軸2は中空構造を有し、下端が真空ポンプ等の真空吸引源12に連結される。また、回転軸2の周囲には中空のスリーブ3が配設されている。
【0028】
真空吸引源12は、回転軸2の内部の空間を通して回転保持部20上の基板Wを吸引する。これにより、基板Wが回転保持部20上に吸着保持される。
【0029】
図2は回転保持部の平面図(a)および断面図(b)である。回転保持部20は、円板状支持部21および筒状嵌合部22を有する。筒状嵌合部22にはモータ1の回転軸2が嵌合する。回転保持部20には連通路25および吸引口26が形成されている。回転保持部20の連通路25はモータ1の回転軸2内の通路2aに連通している。吸引口26は円板状支持部21の中心から偏心した位置に開口を有する。これにより、レジスト液等の処理液が吸引口26から内部に侵入した場合でも、処理液が回転軸2の通路2aを通りモータ1に容易に到達することを防止することができる。
【0030】
円板状支持部21の上面の外周部には、基板Wの裏面を支持する環状壁部23が形成されている。また、円板状支持部21の上面の環状壁部23より内側の領域には、複数の突起部24が設けられている。これら複数の突起部24は基板Wの裏面を支持する。
【0031】
図1において、回転保持部20に保持された基板Wの周囲を取り囲むように飛散防止用カップ4が設けられている。このカップ4は、上カップ4aと下カップ4bとから構成され、上カップ4aは下カップ4bに着脱自在に取り付けられている。上カップ4aには開口部13が設けられ、下カップ4bの下部には排液口8および複数の排気口7が設けられている。排気口7は工場内の排気設備に接続される。
【0032】
回転保持部20の下方には、環状の中カップ6および円板状部材のカップベース30が配設されている。中カップ6は外周部に向かって斜め下方に傾斜する環状の傾斜面を有する。カップベース30は基板Wの裏面に対向するように配設され、中カップ6および下カップ4bを支持する。
【0033】
図3は図1中のX−X線断面図である。カップベース30の中央には貫通孔30aが形成されており、モータ1の回転軸2およびスリーブ3が貫通孔30aを貫通し、回転軸2がカップベース30の上方で回転保持部20を保持する。カップベース30には、モータ1の回転軸2と同心円上に配置された複数の通気孔31が形成されている。複数の通気孔31は、カップベース30と中カップ6とにより形成される空間A(図1参照)とカップベース30の下面側の空間とを連通させる。これらの通気孔31は、回転保持部20の外周部よりも内側に相当する位置に形成されている。この通気孔31の作用については後述する。また、カップベース30には、カップベース30上に落下した処理液等を排液口8に導くための排液口(図示せず)が形成されている。
【0034】
図1において、基板Wの下方には、基板Wの裏面を洗浄するためのリンス液を吐出する複数の裏面洗浄ノズル11が配置されている。回転保持部20の上方には、基板W上にレジスト液を吐出するレジストノズル9が上下動可能かつ基板Wの上方位置とカップ4外の待機位置との間で移動可能に設けられている。
【0035】
レジスト液の塗布処理時には、上方から清浄な空気流が上カップ4aの開口部13を通して基板Wの表面に供給される。レジストノズル9から回転保持部20に保持された基板W上にレジスト液が吐出され、基板Wが回転することにより基板Wの表面の全体にレジスト液が塗り広げられる。
【0036】
本実施例においては、回転保持部20が本発明の基板保持手段に相当し、カップベース30がベース部材に相当し、中カップ6が整流部材に相当する。また、回転保持部20の円板状支持部21が本発明の支持部に相当する。
【0037】
図4は回転塗布時における塗布装置の断面模式図である。回転塗布時には、基板Wの表面にレジストノズル9(図1参照)からレジスト液が吐出され、モータ1により回転保持部20に保持された基板Wが回転駆動される。基板Wが高速で回転すると、基板Wの表面および裏面と接する空気が粘性流効果により基板Wの外方側へ引き出される。
【0038】
基板Wの表面側では、基板Wの上方から清浄な空気流41が常に供給されている。このため、空気流41は基板Wの表面に達した後、基板Wの回転に伴う粘性流効果により矢印Bに示すように基板Wの外方側に流動する。これにより、基板Wの上方に浮遊するミストは基板Wの外方側に流し去られる。また、基板Wの表面に供給されたレジスト液の余剰分は基板Wの回転による遠心力を受けて基板Wの外方へ飛散する。飛散したレジスト液の一部はカップ4aの内壁に付着し、他の一部はミスト40となって浮遊する。
【0039】
基板Wの裏面側の空間Aでは、基板Wの回転により、基板Wの裏面と接する空間A内の空気が粘性流効果により矢印Cに示すように空間Aの外方へ引き出される。空間A内の空気が外方へ引き出されると、空間A内の圧力が低下する。そこで、カップベース30の下方の空気が矢印Dに示すように通気孔31を通り空間A内に吸い込まれる。
【0040】
これにより、空間A内の空気の圧力は空間Aの外方の空気の圧力とほぼ等しく維持される。このため、基板Wの通常の回転時や基板Wの回転が急激に減少したような場合でも、中カップ6の外周部のミスト40を含む空気が基板Wと中カップ6の上端との隙間を通り空間A内に流れ込む現象が生じない。その結果、基板Wの外周部に浮遊する多量のミスト40が空間A内に侵入することが防止され、基板Wの裏面がミスト40により汚染されることが防止される。
【0041】
このように、複数の通気孔31は基板Wの裏面側の空間Aが負圧となることを防止し、それによりミスト40を含む外気が空間A内に侵入するとことが防止される。この通気孔31は以下のように形成されることが好ましい。
【0042】
(1)種々の検討の結果、通気孔31の総開口面積が大きくなるに従って基板Wの裏面に付着するミスト40の量を低減できることが判明した。したがって、空間Aの負圧の発生を十分に防止するためには、通気孔31の開口面積を可能な限り大きく設定する。
【0043】
(2)基板Wの回転中心に近い位置に通気孔31を配置するほど基板Wの裏面に付着するミスト40の量が低減することが判明した。したがって、通気孔31は基板Wの回転中心に近い位置に配置する。この場合、空間A内において、基板Wの中心側から外方へ向かう空気の流れが形成され、それによって空間A内へのミストを含む空気の侵入が困難となる。例えば、通気孔31は円形の基板Wに対しては、基板Wの直径の2分の1の直径の円内に配置し、角形基板の場合にはその基板の短辺の2分の1の直径の円内に配置することが好ましい。
【0044】
(3)特に、通気孔31を回転部材20の外周部の内側に相当する位置に配置すると、基板W上のレジスト膜の膜厚の均一性が向上するという効果をさらに得ることができる。
【0045】
この場合、通気孔31を通り空間A内に流入する空気は、矢印Dで示すように回転部材20の下面に衝突する。モータ1の回転時には、モータ1で生じた熱が回転軸2を通り回転保持部20に伝えられる。このため、回転保持部20に接する基板Wの中央部は外周部に比べて温度が高くなり、基板Wに不均一な温度分布が生じる。レジスト膜の膜厚は基板Wの温度に依存するため、基板Wの温度分布が不均一になると、レジスト膜の膜厚が不均一となる。そこで、通気孔31を通り流入する空気が回転保持部20に衝突すると、回転保持部20を冷却する効果が得られ、これにより基板Wの中央部の温度上昇が抑制され、基板Wの温度分布が均一化する。その結果、レジスト膜の膜厚の均一性が向上する。
【0046】
なお、通気孔31の断面形状は、円形に限定されるものではなく、楕円形等任意の形状に形成することができる。また、通気孔31は1個でもよく、複数個設けてもよい。
【0047】
さらに、上記実施例では、回転式の塗布装置を例に説明したが、回転式の現像装置あるいは回転式の洗浄装置等の他の回転式の基板処理装置に対しても本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における基板処理装置における概略断面図である。
【図2】図1の基板処理装置における回転保持部の平面図(a)および断面図(b)である。
【図3】図1の基板処理装置におけるX−X線断面図である。
【図4】回転塗布時における基板処理装置の断面模式図である。
【図5】従来の基板処理装置の概略断面図である。
【図6】回転塗布時における従来の基板処理装置の断面模式図である。
【符号の説明】
1 モータ
2 回転軸
4 カップ
6 中カップ
11 裏面洗浄ノズル
12 真空吸引源
20 回転保持部
30 カップベース
31 通気孔
40 ミスト
Claims (3)
- 基板を保持して回転させつつ基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
基板を保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された基板の裏面に対向するように配置され、中央部に貫通孔を有する平板状のベース部材と、
前記ベース部材の前記貫通孔を貫通して上下方向に延びかつ先端に前記基板保持手段が取り付けられた回転軸を有し、前記基板保持手段を回転駆動する駆動手段と、
前記回転軸の周囲を取り囲むように前記ベース部材の前記貫通孔に挿入された中空のスリーブと、
前記基板保持手段に保持された基板と前記ベース部材との間の空間の周囲を取り囲む整流部材とを備え、
前記中空のスリーブの外側において前記ベース部材に通気孔が形成されたことを特徴とする基板処理装置。 - 前記通気孔は前記ベース部材の前記貫通孔の周囲に複数個形成されたことを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。
- 前記基板保持手段は基板の裏面の中央部を支持する支持部を備え、
前記通気孔は前記支持部の外周部よりも内側に相当する位置に形成されたことを特徴とする請求項1または2記載の基板処理装置。
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