Патентование изобретений в области высоких и нанотехнологий - Дмитрий Соколов

Рассмотрим вариант создания зонтичного патента на примере сканирующего зондовош микроскопа (СЗМ) с системой автоматического слежения за кантилевером (заострением, закрепленным на гибкой консоли). В этом случае кантилевер сканирует поверхность образца и одновременно осуществляет ее измерение.

Для расширения номенклатуры измеряемых объектов на одном из этапов развития зондовой микроскопии эта проблема вышла на первый план. Сразу были разработаны и запатентованы несколько вариантов таких систем [2, 3, 4, 5]. Выход из под этих патентов был обеспечен благодаря использованию оптического элемента 1 (рис. 12.1), закрепленного на пьезосканере 2, установленном на основании 3. Элемент 1 оптически сопряжен с кантилевером 4, перемещающимся относительно объекта 5. Благодаря этим признакам блок анализа 6 имеет возможность постоянного слежения за кантилевером 4.

Но вторая важная задача при создании этого изобретения заключалась еще и в том, чтобы защитить максимальное количество вариантов его исполнения. Работа над вариантами этого изобретения заняла несколько месяцев, устройство было разбито на функциональные модули, неоднократно проводились мозговые штурмы по поиску новых решений каждого модуля. Это обеспечило введение в формулу изобретения 22 зависимых пункта, касающихся различных вариантов выполнения и расположения оптического элемента 1 и блока анализа 6, а именно, различных углов расположения их осей относительно оси пьезосканера. Кроме этого, были разработаны различные варианты выполнения пьезосканера 2 и его закрепления, шарнирного и жесткого на основании 3, а также дополнительные привода перемещения пьезосканера 2: электромагнитный, магнитострикционный, электрострикционный и пьезокерамический (на рис. 12.1 эти варианты не показаны, более подробно с ними можно ознакомиться в патенте [6]). В результате патент на эту систему, благодаря приведению максимального количества возможных вариантов выполнения всех основных блоков, обеспечил зонтичную защиту основного технического решения.

Рассмотрим также пример, показывающий технологию создания зонтичного и одновременно маскирующего патента.

Например, фирма хочет защитить сканирующий зондовый микроскоп и одновременно скрыть это от конкурентов. СЗМ в общем виде и наиболее частом исполнении содержит: зонд 1 (рис. 12.2) в виде иголки или кантилевера, установленных в держателе зонда 2, пьезосканер 3, объект 4, закрепленный на блоке предварительного сближения 5 по координате Z, установленном на двухкоординатном (X,Y) столе 6 для его грубого перемещения, платформу 7, на которой расположены двухкоординатный стол 6 и пьезосканер 3, а также систему анализа 8 перемещения зонда 1 и объекта 4. (Для упрощения чертежа способы закрепления зонда 1 в держателе 2 и образца 4 на блоке 5 опустим.)

Рис 12.1. Сканирующий зондовый микроскоп с системой автоматического слежения за кантилевером: 1 – оптический элемент; 2 – пьезосканер; 3 – основание; 4 – кантилевер; 5 – объект; 6 – блок анализа

Рис. 12.2. Принципиальная схема устройства воздействия на объекты: 1 – зонд; 2 – держатель зонда; 3 – пьезосканер; 4 – объект; 5 – блок предварительного сближения; 6 – двухкоординатный стол; 7 – платформа; 8 – система анализа; 9 – первый датчик перемещения; 10 – второй датчик перемещения; 11 – область измерения; 12 – структуры для взаимодействия с датчиками

Предположим, что изобретение касается повышения точности перемещения зонда 1 и объекта 4. Несмотря на то, что СЗМ выпускаются с 1986 г., эта проблема постоянно находится в сфере внимания разработчиков. При создании маскирующего патента первое, что надо сделать, это найти смежную область, в которой используются похожие принципы и инструменты. В данном случае такой областью может быть обработка металлов. Следующий этап заключается в выборе терминологии, одновременно подходящей и к зондовой микроскопии, и к металлообработке. Например, зонд 1 можно назвать инструментом, держатель зонда 2 – держателем инструмента, пьезосканер 3 – точным двухкоординатным (X,Y) блоком перемещения, закрепленным на точном однокоординатном (Z) блоке перемещения, либо точным трехкоординатным (X,Y,Z) блоком перемещения, блок предварительного сближения 5 по координате Z – блоком грубой подачи по координате Z. Далее идет анализ сущности самого изобретения. Предположим, что изобретение в зондовой микроскопии состоит в том, что зонд 1 сопряжен с первыми датчиками его перемещения 9, а объект 4 сопряжен со вторыми датчиками перемещения 10, настроенными на зону, максимально приближенную к зоне воздействия зонда 1. При составлении формулы изобретения в независимом пункте должны быть представлены отличительные признаки в общем виде, одинаково влияющие на качество процессов как в металлообработке, так и в нанотехнологии. Например, традиционным решением для СЗМ является сопряжение держателя зонда 2 с датчиком перемещения. В новом решении с этим датчиком сопрягается сам зонд 1. В результате этого получаются более достоверные результаты, за счет исключения температурных деформаций держателя зонда 2. То же будет и в металлообработке, где дополнительно к температурным деформациям могут добавиться силовые деформации от взаимодействия инструмента с обрабатываемым материалом. В качестве зависимых признаков можно представить различные варианты датчиков линейного перемещения. Причем, если для металлообработки рационально использовать датчики с большим диапазоном перемещения (например, интерферометрические), то для зондовой микроскопии скорее подойдут датчики с малым диапазоном (например, емкостные). И те, и другие должны быть включены в зависимые пункты. Тем более, что практически всегда можно будет найти область использования любого датчика для любой конструкции. Вторым основным отличительным признаком изобретения будет сопряжение датчика 10 с областью измерения 11 на образце 4. Для этого на образце придется формировать некие специальные структуры 12 для взаимодействия с датчиками, и эти структуры для зондовой микроскопии и металлообработки будут отличаться. В первом случае это могут быть дифракционные решетки, зонные площадки Френеля или просто контрастные реперные знаки. Для металлообработки в зоне действия резца, вероятно, будет сложно разместить какие-то объекты для сопряжения с датчиками, значит, например, зеркальную призму, сопряженную с интерферометром, можно будет расположить вне зоны действия инструмента, но максимально близко к ней. Важно, чтобы независимый признак в общем виде включал оба случая. Таким образом, независимый пункт формулы изобретения будет выглядеть следующим образом. Устройство воздействия на объекты, содержащее платформу (7), на которой установлен двухкоординатный (X, Y) стол (6) с блоком грубой подачи (5) по координате Z, на котором закреплен объект (4), имеющий возможность сопряжения с инструментом (1), закрепленным в держателе инструмента (2), установленном на точном трехкоординатном (X, Y,Z) блоке перемещения и расположенном на платформе (7), отличающееся тем, что инструмент (1) сопряжен с первыми датчиками линейного перемещения (9), а объект (4) сопряжен со вторыми датчиками линейного перемещения (10), настроенными на область, максимально приближенную к зоне воздействия инструмента (1). Следует заметить, что первый пункт формулы составлен по самому простому варианту с последовательным описанием расположения узлов и излишне подробно. Двухкоординатный стол (6) может быть заменен на координатный стол, блок грубой подачи (5) вообще может быть исключен из ограничительной части и т. п. После составления первого пункта формулы изобретения в зависимых ее пунктах остается представить различные варианты выполнения датчиков линейного перемещения.

Если для зависимых признаков по металлообработке будет совсем невозможно придумать использование датчиков, применяемых в нанотехнологии, то можно будет зонтичный патент расширить и на другие области, например, ионную и (или) электронную технологии, где воздействие на образцы осуществляется, соответственно, ионными и электронными пучками. С одной стороны, эта область ближе к зондовой микроскопии и патент будет менее маскирующим, с другой, – за счет охвата большего числа областей он будет более зонтичным. В зависимости от стратегии заявителя будет приниматься то или иное решение.

Для первого пункта патента, включающего ионные и электронные технологии, нужна корректировка терминологии и взаимосвязи элементов. В этом случае для подвижки инструмента не будет использоваться точный трехкоординатный (X,Y,Z) блок перемещения. Ионная и электронная пушки могут быть названы инструментами, ионные и электронные пучки в зоне взаимодействия с объектом – рабочими частями инструментов, а отклоняющие системы для управления этими пучками – модулями перемещения рабочих частей инструментов. В этом случае первый пункт формулы будет выглядеть следующим образом. Устройство воздействия на объекты, содержащее платформу (7), на которой установлен двухкоординатный (X,Y) стол (6) с блоком грубой подачи по координате Z (5), на котором закреплен объект, имеющий возможность сопряжения с рабочей частью инструмента (1), сопряженной с модулем перемещения рабочей части инструмента (3), при этом инструмент (1) закреплен в держателе инструмента (2), установленном на платформе (7), отличающееся тем, что инструмент (1) сопряжен с первыми датчиками линейного перемещения (9), а объект (4) сопряжен со вторыми датчиками линейного перемещения (10), настроенными на область, максимально приближенную к зоне воздействия инструмента (1).