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用以密封处理腔室的开口的方法与装置

阅读:459发布:2021-06-16

专利汇可以提供用以密封处理腔室的开口的方法与装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种用以密封处理腔室的开口的方法与设备。在一 实施例 中,本发明大致上提供闭合构件用以密封腔室的壁内的开口,该闭合构件被整合在处理腔室的壁中。在另一实施例中,本发明提供闭合构件用以从腔室内侧来密封处理腔室的壁中的开口。,下面是用以密封处理腔室的开口的方法与装置专利的具体信息内容。

1.一种用以密封处理腔室的壁中开口的设备,包含:
闭合构件,至少部分地设置在处理腔室的壁的前板与所述壁的后板之间,所述前板邻近处理空间,其中所述闭合构件具有垂直地延伸远离所述壁中的开口的延伸部;
导电,设置在所述闭合构件与所述壁的所述前板之间;以及
布置机构,用以相对于所述开口垂直地且平地移动所述闭合构件。
2.如权利要求1所述的设备,其中所述闭合构件包含构件与托持构件,所述门构件适于接触所述前板且密封所述开口,所述托持构件可以相对于所述门构件移动且适于接触所述后板,并且其中所述门构件包含导电弹性构件。
3.如权利要求2所述的设备,还包含致动器,所述致动器适于移动所述托持构件使所述托持构件远离所述门构件且接触所述后板,藉此使所述门构件抵靠所述前板。
4.一种用以密封处理腔室的壁中开口的方法,包含:
引动布置机构以经由闭合构件的延伸部而相对于处理腔室的壁的开口移动该闭合构件,其中所述闭合构件设置在所述壁的前板与所述壁的后板之间,并且其中所述闭合构件具有门构件与托持构件;以及
移动所述门构件使所述门构件接触所述前板,以密封所述壁中的所述开口。
5.如权利要求4所述的方法,还包含在所述门构件与所述壁的所述前板之间建立电气接触,其中所述门构件包括导电弹性构件以用于密封所述开口。
6.如权利要求5所述的方法,还包含经由致动器相对于所述门构件移动所述托持构件。
7.如权利要求6所述的方法,还包含引动所述致动器以移动所述托持构件使所述托持构件接触所述腔室壁的所述后板,藉此使所述门构件抵靠所述壁的所述前板。
8.一种处理腔室,包含:
壁,所述壁具有前板、后板以及延伸穿过所述壁的开口,所述前板邻近处理空间;
闭合构件,位于所述前板与所述后板之间;以及
布置机构,耦合至所述闭合构件并用以相对于所述开口移动所述闭合构件。
9.如权利要求8所述的处理腔室,其中所述闭合构件包含门构件与托持构件,所述门构件用以接触所述前板且密封所述开口,所述托持构件可以相对于所述门构件移动以接触所述后板,其中当所述门构件接触所述前板时,在所述门构件与所述前板之间建立电气接触。
10.如权利要求9所述的处理腔室,还包含致动器,所述致动器用以移动所述托持构件使所述托持构件远离所述门构件且接触所述后板,藉此使所述门构件抵靠所述前板。

说明书全文

用以密封处理腔室的开口的方法与装置

技术领域

[0001] 本发明实施例大致上关于电子组件制造,并且特别是关于用以改进等离子处理腔室中开口的密封的方法与设备。

背景技术

[0002] 在平面面板显示器、电视或计算机屏幕、太阳能电池阵列等的制造过程中,各种介电质、半导体与导电层是依序地被沉积在基板的表面上。这些基板可以由玻璃、聚合物、金属或其它适当的基板材料(可以让电子组件形成于该基本材料上)所制成。为了增加制造效率与/或更低的生产成本,欲被处理的基板的尺寸持续增大。故,用以在基板表面上形成多个层的处理腔室的尺寸也持续增大。
[0003] 典型地,基板处理腔室是经由可密封的开口与基板传送腔室连通,其中该开口是宽的且相当短的以容纳平方位的基板的插入与移除。可以在邻近处理腔室处设置腔室隔离(也被称为狭缝阀)以密封这样的开口。
[0004] 例如,隔离阀可以接附到处理腔室,从而使隔离阀的密封板(也被称为)得以被延伸以密封该开口,且得以被缩回以允许基板经由该开口的通过。
[0005] 不幸地,随着基板尺寸以及处理腔室中所需要的开口的尺寸持续增加,与目前密封系统有关的等离子均匀性、气流、微粒污染和温度均匀性的问题也持续增加。因此,需要能改进处理腔室的密封的方法与设备。

发明内容

[0006] 本发明的实施例大致上提供一种周以密封处理腔室的开口的改进的方法与设备,其中所述处理腔室可以被用在丛集类型(cluster-type)的基板处理系统中。
[0007] 在本发明的一实施例中,一种用以密封处理腔室的壁中开口的设备,包含:闭合构件,至少部分地设置在所述壁的前板与后板之间,所述前板邻近处理空间;导电,设置在所述闭合构件与所述壁的所述前板之间;以及布置机构,用以相对于所述开口垂直地和水平地移动所述闭合构件。在一实施例中,所述闭合构件具有垂直地延伸远离所述开口的延伸部。
[0008] 在另一实施例中,一种用以密封处理腔室的壁中开口的方法,包含:引动布置机构以经由闭合构件的延伸部而相对于所述开口移动所述闭合构件,其中所述闭合构件至少部分地设置在所述壁的前板与后板之间;以及移动门构件使该门构件接触所述前板,以密封所述腔室壁中的所述开口。在一实施例中,所述闭合构件具有门构件与托持构件。
[0009] 在另一实施例中,一种处理腔室,包含:壁,所述壁具有前板、后板以及延伸穿过所述壁的开口,所述前板邻近处理空间;闭合构件,位于所述前板与所述后板之间;以及布置机构,用以相对于所述开口移动所述闭合构件。
[0010] 在本发明的另一实施例中,一种处理腔室,包含:腔室主体,具有底部与壁,其中开口延伸穿过所述壁;闭合构件,设置在所述腔室主体内;以及布置机构,设置用以相对于所述开口移动所述闭合构件。在一实施例中,所述闭合构件具有设置在所述闭合构件上的至少一个导电密封构件。
[0011] 在本发明的又另一实施例中,一种用以密封处理腔室的壁中开口的方法,包含:引动布置机构以经由闭合构件的延伸部而相对于所述开口移动闭合构件,其中所述闭合构件设置在所述处理腔室内;移动封围在所述处理腔室内的所述闭合构件的门构件使该门构件接触所述壁,以密封所述腔室壁中的所述开口;以及在所述门构件与所述腔室壁之间建立电气接触。附图说明
[0012] 本发明的前述特征、详细说明可以通过参照实施例而更加了解,其中一些实施例被例示在附图中。然而,应了解,附图仅例示本发明的典型实施例,因而不会限制本发明范围,本发明允许其它等效的实施例。
[0013] 图1为可适于受益自本发明的示例性基板处理系统的平面图。
[0014] 图2A为属现有技术的处理腔室(所述处理腔室内产生有等离子)的截面图,其中所述处理腔室邻近相关的腔室隔离阀。
[0015] 图2B为图2A的腔室隔离阀的部分放大图。
[0016] 图3A为根据本发明一实施例的处理腔室(所述处理腔室内产生有等离子)的截面图。
[0017] 图3B为图3A的腔室的壁的部分放大图。
[0018] 图4为根据本发明另一实施例的处理腔室(所述处理腔室内产生有等离子)的截面图。
[0019] 图5为根据本发明的迷宫密封(labyrinth seal)的一实施例的截面图。
[0020] 图6为根据本发明的迷宫密封(labyrinth seal)的另一实施例的截面图。

具体实施方式

[0021] 本发明的实施例大致上包含用以密封处理腔室的开口的改进方法与设备,其中所述处理腔室可以被用在丛集类型的基板处理系统中。
[0022] 图1为可适于受益自本发明的示例性基板处理系统100的平面图。基板处理系统100包括负载闭120、传送腔室130、传送机械手臂140和多个基板处理腔室150。
[0023] 负载闭锁120可以允许使一个或多个基板被引入基板处理系统100的真空环境,而不需要将整个系统加压到大气压
[0024] 基板在处理腔室150中被处理。处理腔室150可以是等离子增强化学气相沉积(PECVD)腔室。基板处理腔室150也可以是其它类型的处理腔室,例如物理气相沉积(PVD)腔室。典型地,这些基板处理腔室150是彼此隔开的,这是为了将不兼容的处理气体的渗透减到最小,还因为不同的处理可能需要明显不同的真空程度。
[0025] 位于传送腔室130内的传送机械手臂140在基板处理腔室150与负载闭锁120之间传送基板。基板处理系统100的各腔室150可通过一个或多个腔室隔离阀160与所有其它腔室隔开。这些腔室隔离阀160被设置在传送腔室130与相关的处理腔室150或负载闭锁腔室120之间。
[0026] 图2A为处理腔室(诸如被设置在邻近相关的腔室隔离阀160处的处理腔室150)的一实施例的截面图。例如,处理腔室150可以是等离子增强化学气相沉积(PECVD)腔室。一种适当的等离子增强化学气相沉积腔室可从美国加州圣大克劳拉市(Santa Clara)的应用材料公司(Applied Materials,lnc.)获得。图2B为腔室隔离阀160的部分放大图。
[0027] 腔室150大致上包括多个壁202、壁230、底部204、喷头210以及基板支撑件230,前述的这些元件共同地界定处理空间206。处理空间206经由开口208来存取,因此基板102可以被传送进出腔室150。腔室隔离阀160被设置在邻近腔室150处,以在基板被传送时得以允许存取开口208,且在基板不被传送时得以密封开口208。这样的设置形成了与腔室开口208和腔室隔离阀160相关的狭长通道209。在典型的腔室配置中,狭长通道209的长度为约20cm或更大。
[0028] 腔室隔离阀160对邻近的处理腔室150密封开口208,因而能允许处理腔室150的加压以用于处理处理腔室150内的基板。典型地,传统的腔室隔离阀不是被设计用来容纳与大面积基板(诸如平面面板)的等离子处理相关的大压力差。已经研发出一种改进的设备与方法,这种设备与方法将可移动的托持构件并入到腔室隔离阀内,其中所述托持构件在腔室阀门被关闭时能施加支撑托持力量到所述腔室阀门上。这种并入托持构件与托持力量到腔室隔离阀内的方法与设备在下文与美国专利US7,086,638(在2006年8月8日授予Kurita等人)中详细地被讨论,该专利被并入本文以作为参考。
[0029] 参照图2A和2B,腔室隔离阀160可包括闭合构件263以用于密封腔室开口208。腔室隔离阀160也可包括阀外壳265,其中闭合构件263的至少一部分可移动地被设置在所述阀外壳265内。为了允许腔室隔离阀160与处理腔室150的开口208配合使用,腔室隔离阀160的阀外壳265可以被置放抵靠所述处理腔室150,从而在所欲密封的开口208处能在阀外壳265与处理腔室160之间形成密封。
[0030] 闭合构件263可以包括腔室隔离阀门267以用于密封腔室开口208。闭合构件263还可以包括托持构件269,托持构件269可以相对于腔室隔离阀门267移动。例如,托持构件269可适于延伸远离腔室隔离阀门267,或缩回朝向腔室隔离阀门267。此外,托持构件269可适于托持或支撑腔室隔离阀门267,例如当腔室隔离阀门267位于用以密封前述的所欲密封的腔室开口208的位置时。
[0031] 阀外壳265可以界定封围273,到封围273的第一开口275、以及到封围273的第二开口277。第一开口275可邻近传送腔室150的内部,并且可以存取传送腔室150的内部。如图2所示,第二开口277和封围273沿着与第一开口275和封围273的共同轴对准,并且当封围263位于开启位置时,第二开口277和封围273的尺寸允许基板得以运送通过阀外壳265且进出处理腔室150。第一开口275相应地形成了狭长通道209的延伸部。
[0032] 在旨在用以当存在大压力差的情况下密封处理腔室的腔室隔离阀160的实施例中,阀外壳265还可包括后板279,其中第二开口277形成在所述后板279内。后板279可适于允许托持构件269接触后板279且推抵后板279,以在密封期间能托持闭合构件263的腔室隔离阀门267。可以在托持构件269与后板279之间设置弹性体的O型环266,以在托持构件269与后板279之间提供压力紧密密封。此外,也可以在托持构件269与后板279之间设置导电凸块268。阀外壳265可以更包含一前板281,其中第一开口275形成在该前板281内。前板281适于允许闭合构件的腔室隔离阀门267接触前板281且密封第一开口275周围。阀门267可以包括O型环266,以在阀门267与阀外壳265的前板281之间提供压力密封。
[0033] 图2A和2B进一步显示由邻近隔离阀160布置的处理腔室150所产生的等离子201的截面示意图。在处理期间,沿着处理腔室150的内表面建立射频(RF)返回路径,其中该处理腔室150含有等离子201。相应地,可以通过隔离阀160建立RF返回路径,以在开口
208处包含等离子201。可以经由导电接触件在隔离阀外壳265与处理腔室壁203之间建立此返回路径。此外,经由通过导电凸块268所提供的托持构件269与阀外壳265之间的导电接触,返回路径可以延续穿过隔离阀160的第二开口277。
[0034] 然而,尽管可以大致上包含等离子201,此配置存在有相关的问题。第一,如图2所示,产生的等离子201对于基板102不是均匀的。实际上,由于开口208处形成的狭长通道209的长度,等离子201会延伸一显著距离到开口208内。此情况由于此显著距离而发生,其中等离子201行进到达前述的隔离阀160。这种非均匀等离子产生会导基板102上实质不均匀的沉积。
[0035] 此外,处理腔室150中的气流在开口208处会被抑制,这是因为气体倾向于会在与腔室开口208相关的狭长通道209内被捕获。此种在腔室开口208处的“穿隧效应(tunneling effect)”也似乎会导致沿着处理腔室壁203的非均匀温度分布,其中开口208位在所述处理腔室壁203上。此两情形也会造成基板102上的非均匀的材料沉积。
[0036] 与前述配置相关的另一问题是在腔室开口208处狭长通道209中会产生残余的处理膜。狭长通道209中过量的残余处理膜会在通道209中的腔室表面上导致过量的材料沉积。相应地,在传送期间,这些沉积物会脱落到基板上,造成了基板102的污染。
[0037] 相对地,通过去除开口208处的狭长通道209而缩短到隔离阀160的RF返回路径的距离,本发明的实施例得以显著地改进前述配置。图3A通过产生等离子301的处理腔室350的截面来显示本发明的一实施例。
[0038] 类似前述腔室150,处理腔室350大致上包括多个壁302、壁303、底部304、喷头310以及基板支撑件330,前述这些元件共同地界定处理空间306。基板支撑件330可以包括用以支撑基板102的基板接收表面332,以及耦接到举升系统336用以升高与降低基板支撑件330的杆334。多个举升销338可被可移动地设置穿过基板支撑件330,以移动基板
102到基板接收表面332且从基板接收表面332移动基板102。基板支撑件330还可以包括多个RF返回带331,以在基板支撑件330的周围与壁302之间提供RF路径,该RF路径缩短了到RF功率源322的RF返回路径。RF返回带的实例被揭示在2000年2月15日授予Law等人的美国专利US6,024,044以及Park等人在2006年12月20日申请的美国专利申请US11/613,934,该两案整体被并入本文以作为参考。
[0039] 喷头310可以在其周边部通过悬挂件314耦接到背板312。喷头310也可以通过一个或多个中心支撑件316耦接到背板312,以帮助避免喷头310的下垂与/或控制喷头310的笔直性/弯曲性。气体源320可以耦接到背板312,以经由背板312并经由喷头310提供气体到基板接收表面332。真空309可以耦接到腔室350,以控制处理空间306处于期望的压力下。然后,RF功率源322可以耦接到背板312与/或耦接到喷头310,以提供RF功率给喷头310,因此喷头与基板支撑件之间得以建立电场,以在喷头310与基板支撑件330之间从气体生成等离子。可以使用各种RF频率,例如介于约0.3MHz与约200MHz之间的频率。在一实施例中,在13.56MHz的频率下提供RF功率源。喷头的实例是被揭示在2002年11月12日授予White等人的美国专利US6,477,980、Choi等人申请而在2006年11月17日公开的美国专利公开US2005/0251990、以及Keller等人申请而在2006年3月23日公开的美国专利公开US2006/0060138中,这些文献皆整体被并入本文以作为参考。
[0040] 远程等离子源324(诸如电感性耦合的远程等离子源)也可以被耦接在气体源320与背板312之间。在处理多个基板之间,可以提供清洁气体到远程等离子源324藉此产生且提供远程等离子以清洁腔室部件。清洁气体可以进一步地被提供到喷头的RF功率源322所激化。适当的清洁气体包括但不限于NF3、F2与SF6。远程等离子源的实例被揭示在1998年8月4日授予Shang等人的美国专利US5,788,778,该文献被并入本文以作为参考。
[0041] 类似于图2A显示的实施例,处理空间306经由腔室壁303中的开口308来存取,因此基板102可以被传送进出腔室350。然而,与现有技术的配置不同的是,腔室壁303可以被配置成在基板正被传送时得以整合地存取开口308,且在基板不被传送时得以密封开口308。
[0042] 图3B为根据本发明一实施例的腔室壁303的部分放大图。参照图3A和3B,腔室壁303包含前板381与后板379,其中闭合构件363的至少一部分能够可移动地设置在前板381与后板379之间用以密封腔室开口308。闭合构件363可以包括门367用以密封腔室开口308。门367可包括弹性构件366,用以维持腔室开口308处的压力紧密密封。弹性构件366可包括弹性体材料,例如基弹性体。此外,门367可包括导电凸块368,导电凸块368可以包含导电弹性体材料(诸如内嵌金属的硅基弹性体)。替代地,导电凸块368可以是金属凸块,该金属凸块包含的不锈、高镍合金钢、铬镍合金钢等。替代地,前板381可以包括弹性构件366与/或导电凸块368。
[0043] 闭合构件363可以进一步包括托持构件369,托持构件369可以相对于门367移动。例如,托持构件369可适于延伸远离门367,或缩回朝向门367。此外,托持构件369可适于托持或支撑门367,例如,当门367位于用以封腔室开口308的位置时。此外,托持构件369可以包括弹性构件366用以维持压力紧密密封。再者,托持构件369也可以包括导电构件368。替代地,后板379可以包括弹性构件366与/或导电凸块368。
[0044] 为了使闭合构件363相对于腔室开口308移动,闭合构件363也可以包括远离门367的延伸部371。在这样的实施例中,远离门367的延伸部371的末端可以由设置在腔室壁303的内或外的布置机构372来操纵。布置机构372可以是多个气动的线性致动器的组合。布置机构372可以作为整体移动闭合构件363,即通过延伸部371来一起移动腔室隔离阀367与托持构件367两者。例如,布置机构372可以通过延伸部371来水平地移动闭合构件363朝向与/或远离腔室开口308。此外,布置机构372可以通过延伸部371来垂直地移动闭合构件363。
[0045] 处理腔室壁303可以界定封围373。被包含在前板381中的腔室开口308允许处理空间306与封围373之间的存取。第二腔室开口377允许封围373与传送腔室(诸如图1的传送腔室130)之间的存取。如图3所示,第二腔室开口377和封围373沿着一共同轴与腔室开口308对准,并且当闭合构件363位于开启位置时,闭合构件363尺寸得以允许基板运送通过腔室壁303且进出处理腔室350。
[0046] 在旨在用以在存在大压力差的情况下密封处理腔室的腔室壁303的实施例中,后板379可适于允许托持构件369接触后板379且推抵后板379,以在密封期间能托持闭合构件363的阀门367。前板381可适于允许闭合构件363的门367接触前板381,且密封腔室开口308周围。
[0047] 为了使托持构件369相对于门构件367移动,可以在托持构件369内设置致动器370。致动器370可以是具有压力室的气动致动器,压力室可经由外部的加压气体源被膨胀以迫使托持构件369抵靠后板379。
[0048] 腔室底部304、多个壁302、与壁303提供RF返回路径,该RF返回路径包含等离子301。此外,经由导电凸块368所提供的门构件367与前板381之间的导电接触,RF返回路径可以持续横越腔室壁303的腔室开口308。相较于现有技术的实施例的配置(诸如图2显示的用以包含在腔室开口208周围的等离子201的配置),此种配置可得到明显更短的RF返回路径以包含腔室开口308处的等离子。较佳地,前板381的内部腔室表面与门构件
367之间的距离为约10cm或更小。
[0049] 图4例示本发明另一实施例,该实施例通过产生等离子401的处理腔室450的截面图来显示。类似于前述腔室,处理腔室450包括多个壁402、壁403、底部404、喷头410以及基板支撑件430,前述这些元件共同地界定处理空间406。而且,类似于前述实施例,处理空间406经由腔室壁406中的开口408来存取,因此基板102可以被传送进出腔室450。然而,与现有技术的配置不同的是,闭合构件463被设置成当基板正被传送时得以存取开口408,且当基板正被处理时得以密封开口408而与腔室450的内部隔离。
[0050] 在一实施例中,闭合构件463包括门467与延伸部471,延伸部471远离门467。在这样的实施例中,远离门467的延伸部471的末端可以由设置在腔室底部404下方的布置机构472来操纵。布置机构472可以通过延伸部471来垂直地移动闭合构件463。
[0051] 在一实施例中,门467包括上表面,该上表面具有舌构件482、第一凹部484以及第二凹部486。第一凹部484与第二凹部486可以各自再包含设置在凹部上的弹性构件468以用于维持腔室开口408处的真空密封。弹性构件468可以包含导电弹性体材料,例如内嵌金属的硅基弹性体。替代地,弹性构件468可以是凸块,该凸块包含镀铝的不锈钢、高镍合金钢、铬镍合金钢等。
[0052] 在一实施例中,壁403包括设置在开口408上方的上部451、以及设置在开口408下方的下部456。上部451可以包括设置在上部451内的沟槽452。下部456可以包括唇部457。
[0053] 在一实施例中,当门467位于用以密封开口408的关闭位置时,舌构件482被插入到沟槽452内。此外,当门467位于用以密封开口408的关闭位置时,设置在门467的第一凹部484上的弹性构件468可以接触上部451,并且设置在门467的第二凹部486上的弹性构件468可以接触壁403的下部456的唇部457。
[0054] 这样的配置建立了门467对壁403的迷宫密封(labyrinth seal)。也就是,门467的上表面对壁403的上部451的“舌与沟槽”配置对于任何受激化气体欲行进抵达开口408处密封表面造成了一长且困难的路径。这使门467与壁403之间的电气接触区域避免了被涂覆有外来沉积物,其中这些沉积物在门467移动到开启位置以允许存取开口408时可能会脱落。
[0055] 前述提及的迷宫密封(labyrinth seal)能够以各种配置来建立,这些配置能被应用到本发明。例如,沟槽452可以通过将分离构件500、600接附到壁403来形成,如图5和图6所示。在图5中,内凹510形成在构件500的下表面中,构件500接着被接附到壁403的内表面。在图6中,内凹490形成在壁403的内表面中,并且构件600接附到该内表面。
[0056] 在图4例示的实施例中,腔室底部404、多个壁402、以及壁403建立了RF返回路径用以包含等离子401。此外,经由门467与腔室450内部上的壁403之间的导电接触,RF返回路径可以持续横越腔室壁403的腔室开口408。相较于现有技术的实施例的配置(诸如图2显示的用以包含相应腔室开口208的等离子201的配置),这得到了明显更短的RF返回路径用以包含腔室开口408处的等离子401。较佳地,门467的内表面459是与壁403的内侧实质齐平。
[0057] 如前述,通过去除与开口208、308、408相关的狭长通道而缩短RF返回路径,本发明的实施例解决了与先前处理腔室配置相关的问题。实际上,如图3和图4所示,本发明的实施例产生的等离子301、401在基板102周围是实质均匀的。这种实质均匀的等离子导致在基板102上实质均匀的沉积。
[0058] 相应地,由于去除开口308、408处的狭长通道,可以实质地改进处理腔室350、450中的气流。再者,相较于现有技术的实施例,沿着腔室壁303、403的温度分布为实质均匀的。这两情况均对于基板102上的实质均匀沉积有贡献。
[0059] 本发明也减少了在开口308、408处残余处理膜的产生。进而,此减少可实质地减少沉积在开口308、408处的材料量,以及在传送期间会污染基板102的潜在可能性。
[0060] 应了解,尽管前述实施例描述的是滑动形式的闭合构件,掀合形式的闭合构件(该掀合形式的闭合构件并入与掀合形式隔离阀相关的必须的变更)同样可以应用在本发明的某些实施例中。
[0061] 虽然前述说明是针对本发明的实施例,在不脱离本发明的基本范围下,可以构想出本发明的其它与进一步实施例,并且本发明的范围是权利要求所决定的。
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