发明创造名称：将单晶直径控制为给定直径的方法
外观设计名称：
决定号：181513
决定日：2019-06-21
委内编号：1F242005
优先权日：2013-06-07
申请（专利）号：201410249799.8
申请日：2014-06-06
复审请求人：硅电子股份公司
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：王轶
合议组组长：何炜
参审员：刘静
国际分类号：C30B15/22
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点：在判断创造性时，首先要将权利要求的技术方案和最接近的现有技术进行特征对比，找出二者的区别特征，分析得到发明实际解决的技术问题，进而考察在现有技术中是否存在将所述区别特征引入到所述最接近的现有技术中，以解决所述实际解决的技术问题的启示。如果现有技术中存在这种启示，则该权利要求不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201410249799.8，名称为“将单晶直径控制为给定直径的方法”的发明专利申请。申请人为硅电子股份公司。本申请的申请日为2014年06月06日，优先权日为2013年06月07日，公开日为2014年12月24日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2017年09月22日发出驳回决定，驳回了本发明专利申请，其理由是权利要求1-9不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为申请日2014年06月06日提交的说明书摘要，说明书第1-10页，说明书附图第1-4页以及摘要附图，2016年10月11日提交的权利要求1-9。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 在由熔体提拉单晶期间将单晶直径控制为给定直径的方法，该熔体包含在坩埚中并且在单晶边缘在单晶、熔体及周围气氛之间的相界处形成弯月面，其中所述弯月面的高度对应于在相界与弯月面之外的熔体表面水平之间的距离，所述方法包括重复地实施以下步骤：
确定弯月面上的亮环的直径；
在考虑亮环直径及考虑亮环直径与弯月面高度及与单晶直径本身的相关性的情况下计算单晶直径；及
基于所计算的单晶直径与单晶的给定直径之差计算至少一个用于控制单晶直径的操纵变量。
2. 根据权利要求1的方法，该方法包括形成查找表，该查找表是基于模拟数据并且将弯月面高度指定给亮环直径相对于时间的导数。
3. 根据权利要求1的方法，该方法包括由线性方程式计算弯月面高度。
4. 根据权利要求1至3之一的方法，该方法包括作为PID控制器的输出变量计算操纵变量。
5. 根据权利要求1至3之一的方法，该方法包括作为状态反馈控制的输出变量计算操纵变量。
6. 根据权利要求1至3之一的方法，其中作为操纵变量计算提拉速率。
7. 根据权利要求1至3之一的方法，其中作为操纵变量计算以环状包围单晶的热源的电功率。
8. 根据权利要求1至3之一的方法，其中作为第一操纵变量计算提拉速率，及作为第二操纵变量计算以环状包围单晶的热源的电功率。
9. 根据权利要求1至3之一的方法，该方法包括设置控制回路，其在提拉速率vp偏离给定提拉速率vps或者电功率Lr偏离给定功率Lrs时作出反应，其中所述控制回路的操纵变量改变围绕坩埚设置的一个或多个热源的电功率Lf。 ”
驳回决定认为：（1）权利要求1要求保护在由熔体提拉单晶期间将单晶直径控制为给定直径的方法。对比文件1（JP特开2005-41705A，公开日为2005年02月17日）公开了单晶直径控制方法，装置如图2所示，使用CZ法，石英坩埚3中装有多晶硅熔体，由CCD照相机成像，将融合环附近的亮度分布二进制化来获得融合环的外径。权利要求1的技术方案与对比文件1公开的内容相比，区别仅在于：计算单晶直径所考虑的参数关系有所不同，权利要求1限定了考虑亮环直径与弯月面高度及与单晶直径本身的相关性，对比文件1中没有考虑弯月面高度。对此，对比文件2（CN101377008A，公开日为2009年03月04日）公开了硅单晶提拉方法，给出了弯液面高度与单晶直径之间具有相关性的技术启示，弯液面高度为固液界面位置（即相界）与液面（即熔体表面）位置的差值（即水平之间的距离）。而在对比文件1还给出了亮环直径与单晶直径之间具有相关性的基础上，本领域技术人员由此可确定亮环直径、弯月面高度、单晶直径三者具有相关性。因此，为了利用或获得更多的生长相关的参数，本领域技术人员有动机在计算单晶直径时，考虑亮环直径、弯月面高度、单晶直径三者的相关性。因此，在对比文件1的基础上结合对比文件2以及本领域常规选择获得权利要求1的技术方案对本领域技术人员来说是显而易见的，权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。（2）从属权利要求2进一步限定了形成查找表。对此，对比文件3（US6106612A，公开日为2000年08月22日）公开了一种测量容器中材料水平表面的方法，对比文件3给出了晶体生长时，可通过形成查找表、将探测器输入的信息进行查找并获得对应的其它参数信息的技术启示。因此，权利要求2也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。基于类似的理由权利要求3-9也不具备创造性。
申请人硅电子股份公司（下称复审请求人）对上述驳回决定不服,于2018年01月08日向国家知识产权局提出了复审请求，没有提交申请文件修改替换页。复审请求人认为：对比文件1未公开权利要求1的“在考虑亮环直径及考虑亮环直径与弯月面高度及与单晶直径本身的相关性的情况下计算单晶直径”的特征，尤其是下划线的特征。本发明要解决的技术问题是提高单晶直径控制的精确度，本申请权利要求1的上述下划线的特征是解决该技术问题的一个关键要素。对比文件1和对比文件2均没有教导权利要求1的技术方案，尤其是下划线的特征。对比文件1和对比文件2均教导和建议专门地将晶体直径考虑为输出变量。与此不同，本申请权利要求1的技术方案则必须额外地将晶体直径考虑为相关的输入变量，以获得实际晶体直径的更加精确的数值。说明书中记载的式(5)从数学上反映了区别技术特征。对比文件1和2没有公开权利要求1的关键之处即必须考虑晶体直径本身，也没有以数学方式表示，该式的圆圈部分也需要加以计算，从而获得更精确的结果。综上，本领域技术人员根据对比文件1-3的教导和非创造性的劳动，根本不可能想到本申请权利要求1的技术方案，也不可能预期其有益的技术效果。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年02月06日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年01月03日向复审请求人发出复审通知书，指出：（1）权利要求1要求保护在由熔体提拉单晶期间将单晶直径控制为给定直径的方法。对比文件1公开了单晶直径控制方法，权利要求1的技术方案与对比文件1公开的内容相比，区别仅在于：计算单晶直径所考虑的参数关系有所不同，权利要求1限定了考虑亮环直径与弯月面高度及与单晶直径本身的相关性，对比文件1中没有考虑弯月面高度。权利要求1相对于现有技术并没有实际解决何种技术问题或作出产业技术上的技术贡献。对此，对比文件2公开了硅单晶提拉方法，给出了弯液面高度与单晶直径之间具有相关性的技术启示，出于提高晶体生长控制单晶直径的需求，本领域技术人员有动机在控制单晶直径的过程中单晶直径时，考虑亮环直径、弯月面高度、单晶直径三者的相关性。因此，在对比文件1的基础上结合对比文件2以及本领域常规选择获得权利要求1的技术方案对本领域技术人员来说是显而易见的，权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。（2）从属权利要求2进一步限定了形成查找表。对比文件3给出了晶体生长时，可通过形成查找表、将探测器输入的信息进行查找并获得对应的其它参数信息的技术启示。在该启示下，在已知弯月面高度与亮环直径之间存在相关性的基础上，为了在获得亮环直径后能通过查找得到相应的弯月面高度信息，本领域技术人员有动机基于模拟数据形成查找表。而由对比文件1和2可知亮环直径与弯月面高度有相关性的基础上，本领域技术人员也可以推断出亮环直径相对时间的导数与弯月面高度相关，因此有动机将弯月面高度指定给亮环直径相对时间的导数。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的基础上，权利要求2也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。（3）基于前述类似的理由权利要求3-9也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
复审请求人于2019年02月18日提交了意见陈述书，同时提交了权利要求书全文替换页(共9项)，其中基于说明书第[0023]-[0025]段的内容，在权利要求1中增加了说明书上述段落的式(3)的内容，修改后的权利要求1的内容如下：
“1. 在由熔体提拉单晶期间将单晶直径控制为给定直径的方法，该熔体包含在坩埚中并且在单晶边缘在单晶、熔体及周围气氛之间的相界处形成弯月面，其中所述弯月面的高度对应于在相界与弯月面之外的熔体表面水平之间的距离，所述方法包括重复地实施以下步骤：
确定弯月面上的亮环的直径；
在考虑亮环直径Dbr及考虑亮环直径与弯月面高度z及与单晶直径Dcr本身的相关性的情况下根据下式计算单晶直径
Dbr＝Dcr fcr(Dcr) fz(z)
其中，fcr(Dcr)和fz(z)代表涉及亮环直径的分量，fcr(Dcr)的值取决于单晶直径，fz(z)的值取决于弯月面高度；及
基于所计算的单晶直径与单晶的给定直径之差计算至少一个用于控制单晶直径的操纵变量。”
复审请求人认为：(1)本领域技术人员更应当去测试基于融合环的外径与当前直径之间的相关性进行直径控制的方式，以及测试基于弯月面高度的变化与当前直径的变化之间的相关性进行直径控制的方式。于是本领域技术人员会从这两种直径控制方式之中选择出取得了较好的性能结果的直径控制方式，在包括对比文件1和对比文件2的现有技术没有给出将这两种直径控制方式相结合的技术启示的情况下并没有动机去尝试将这两种直径控制方式相结合，因而无法获得本申请权利要求1的技术方案；(2)本申请权利要求1的技术方案则主要是分别基于方程式（3）或（4a）。审查意见并没有针对本领域技术人员为什么及如何由对比文件1和对比文件2公开的内容分别得出方程式（3）或（4a）给出合理的解释。本发明要解决的一个技术问题是提高单晶直径控制的精确度。本申请权利要求1的技术方案要求考虑亮环直径与弯月面高度及与单晶直径的相关性，并由此实现了直径控制精确度的提高。基于上述理由，权利要求1-9具备创造性。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
在复审程序中，请求人于2019年02月18日提交了权利要求修改替换页，其中基于说明书第[0023]-[0025]段的内容，在权利要求1中增加了说明书上述段落的式(3)的内容。经审查，该修改文本符合专利法第33条和专利法实施细则第61条第1款的规定。因此，本复审决定针对的审查文本是：2019年02月18日提交的权利要求1-9项，申请日2014年06月06日提交的说明书摘要、说明书第1-10页、说明书附图第1-4页以及摘要附图。
关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
在判断创造性时，首先要将权利要求的技术方案和最接近的现有技术进行特征对比，找出二者的区别特征，分析得到发明实际解决的技术问题，进而考察在现有技术中是否存在将所述区别特征引入到所述最接近的现有技术中，以解决所述实际解决的技术问题的启示。如果现有技术中存在这种启示，则该权利要求不具备创造性。
2.1权利要求1要求保护在由熔体提拉单晶期间将单晶直径控制为给定直径的方法。对比文件1公开了单晶直径控制方法，装置如图2所示，使用CZ法，石英坩埚3中装有多晶硅熔体，由CCD照相机成像，将融合环附近的亮度分布二进制化来获得融合环的外径。预先获得融合环的外径和生长晶体的直径的关系，根据读取直径（测量直径）和目标直径之间的偏差来调整提拉速度（参见说明书第[0027]、[0032]段）。说明书中还指出，融合环是晶体生长边界与熔体之间的弯月面上的高亮带区域（参见说明书第[0005]段）。
对比文件1公开的上述方法中，CZ法即由熔体提拉单晶；单晶直径控制方法即将单晶直径控制为给定直径的方法；融合环是弯月面上的高亮带区域，即为亮环；获得融合环的外径、预先获得融合环的外径和生长晶体的直径的关系、根据读取直径（测量直径）和目标直径之间的偏差来调整提拉速度即为权利要求1中“确定亮环直径，考虑亮环直径及考虑亮环直径与单晶直径的相关性的情况下计算单晶直径，基于所计算的单晶直径与单晶给定直径之差计算至少一个用于控制单晶直径的操纵变量”。此外，虽然对比文件1没有明确指出重复的实施上述步骤，但对比文件1已经指出了是用于控制单晶直径，而单晶直径随时都会发生偏差，故其必然是重复实施上述步骤才能实现单晶直径控制。
权利要求1的技术方案与对比文件1公开的内容相比，区别仅在于：计算单晶直径所考虑的参数关系有所不同，权利要求1限定了考虑亮环直径与弯月面高度及与单晶直径本身的相关性，根据Dbr＝Dcr fcr(Dcr) fz(z) 来计算单晶直径，对比文件1中没有考虑弯月面高度。根据说明书记载的内容，本发明的目的是提供将单晶直径控制为给定直径的改进的方法，其涉及更少地改变用于控制的操纵变量。具体实施方式部分参考图1-3进行了描述。对比文件1(参见说明书第[0042]，[0039]段)所取得的技术效果是是提供一种单晶直径控制的方法，该方法能够精确地控制单晶的直径，能减少晶体提拉的成本，该方法考虑了上述的需求，不需要使用大型的方法和设备，但是保证了能被拉伸的晶体的质量。根据图4和图5可看出直径控制的精确度显著提高，对直径控制相应的改进降低了控制提拉速度的压力，同时也实现了稳定的提拉速度控制。然而鉴于权利要求1中限定的式子中fcr(Dcr)和fz(z)限定的是关于单晶直径Dcr和弯月面高度z的函数，因此，修改后的权利要求1中仍然未体现出亮环直径、弯月面高度、单晶直径的具体关系以及如何利用它们进行单晶直径的计算并进一步去控制操纵变量控制单晶直径的控制，本领域技术人员基于权利要求1记载的特征也不知道如何去具体控制这些参数的关系才能达到说明书中所声称的技术效果，根据说明书记载的内容不能确认权利要求1保护的技术方案取得了何种优于对比文件1的效果。基于此，权利要求1相对于现有技术并没有实际解决何种技术问题或作出产业技术上的技术贡献。
对此，对比文件2公开了硅单晶提拉方法，指出，连续或每隔固定时间监视（测定）液面位置和固液界面位置的差值即弯液面高度的变动，由此，能够立刻测得硅单晶的直径开始变动的征兆，迅速且准确的控制硅单晶的直径。并指出，弯液面高度和直径的关系以y=-0.08x 0.2表示（参见说明书第6页第10-13行，第7页第18-20行）。可见，对比文件2给出了弯液面高度与单晶直径之间具有相关性的技术启示，弯液面高度为固液界面位置（即相界）与液面（即熔体表面）位置的差值（即水平之间的距离）。对比文件2还记载了在所述方法中能够正确且迅速地检测提拉中硅单晶的直径变化(参见说明书第3页第2段)。而在对比文件1还给出了亮环直径与单晶直径之间具有相关性的基础上，本领域技术人员由此可确定亮环直径、弯月面高度、单晶直径三者具有相关性。因此，出于提高晶体生长控制单晶直径的需求，本领域技术人员有动机在控制单晶直径的过程中单晶直径时，考虑亮环直径、弯月面高度、单晶直径三者的相关性。
因此，在对比文件1的基础上结合对比文件2以及本领域常规选择获得权利要求1的技术方案对本领域技术人员来说是显而易见的，权利要求1不具备突出的实质性特点和显著的进步，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.2从属权利要求2进一步限定了形成查找表。对此，对比文件3公开了一种测量容器中材料水平表面的方法，指出本发明应用于利用Czochralski法生长半导体晶体的器件。还指出可提供一查找表，将不同的图像对应于不同的熔体水平或其它信息。利用该查找表，水平控制器可将探测器输入的图像信号与存储的图像比较，当发现匹配的信息，水平控制器可取回熔体表面水平信息（参见第2栏第3-35行，第5栏第65行-第6栏第7行）。可见，对比文件3给出了晶体生长时，可通过形成查找表、将探测器输入的信息进行查找并获得对应的其它参数信息的技术启示。在该启示下，在已知弯月面高度与亮环直径之间存在相关性的基础上，为了在获得亮环直径后能通过查找得到相应的弯月面高度信息，本领域技术人员有动机基于模拟数据形成查找表。而由对比文件1和2可知亮环直径与弯月面高度有相关性的基础上，本领域技术人员也可以推断出亮环直径相对时间的导数与弯月面高度相关，因此有动机将弯月面高度指定给亮环直径相对时间的导数。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的基础上，权利要求2也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.3从属权利要求3进一步限定了通过线性方程式计算弯月面高度。对此，对比文件2已经公开了弯液面高度和直径的关系以y=-0.08x 0.2表示。可见，弯月面高度与晶体直径之间可由线性方程式确定。因此，本领域技术人员有动机通过线性方程式计算弯月面高度。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的基础上，权利要求3也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.4从属权利要求4和5进一步限定了作为PID控制器的输出变量或作为状态反馈控制器的输出变量计算操纵变量。对此，对比文件2已经公开了基于实际测定的直径值与目标值的偏差，以PID对提拉速度以及加热器温度进行控制，从而进行直径控制（参见说明书第6页第28-30行）。以PID对提拉速度以及加热器温度进行控制，即将提拉速度或加热器温度作为PID的输出变量进行计算。可见，对比文件2已经公开了通过PID控制器的输出变量计算操纵变量。而对于状态反馈控制，其也是控制领域常见的控制方式之一。因此，本领域技术人员有动机选择将操纵变量作为状态反馈控制器的输出变量来计算。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的基础上，权利要求4-5也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.5从属权利要求6-8进一步限定了操纵变量。对此，对比文件1公开了根据读取直径（测量直径）和目标直径之间的偏差来调整提拉速度；对比文件2已经公开了以PID对提拉速度以及加热器温度进行控制（参见同上）。即将提拉速度和加热器温度作为输出变量进行计算。而加热器的温度即由热源的电功率决定，以环状包围单晶的热源也是本领域常见的热源设置形式，因此本领域技术人员有动机将以环状包围单晶的热源的电功率作为操纵变量来进行计算。而同时对提拉速度以及加热器温度进行控制，即为作为第一操纵变量计算提拉速度，作为第二操纵变量计算热源的功率。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的基础上，权利要求6-8也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.6从属权利要求9进一步限定了控制回路。对比文件1公开了根据读取直径（测量直径）和目标直径之间的偏差来调整提拉速度，对比文件2已经公开了基于实际测定的直径值与目标值的偏差，以PID对提拉速度以及加热器温度进行控制。因此，对比文件1和2中必然都包括了一实现上述控制功能的控制回路。并且，可以看出提拉速度、加热器温度（即热源的电功率）均会影响单晶直径。因此，为了避免上述参数偏离目标值，本领域技术人员有动机使得控制回路在提拉速率偏离给定提拉速度或者电功率偏离给定功率做出反应，操纵变量改变围绕坩埚设置的一个或多个热源的电功率。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的基础上，权利要求9也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.7针对复审请求人在提出复审请求和答复复审通知书时的主张(参见案由部分)，合议组认为：首先，如前所述，权利要求1中所限定亮环直径计算公式并没有体现所涉及的变量之间的具体关系，本领域技术人员也不清楚如何具体地将所述的计算公式落实到控制晶体直径的具体操作才能达到所声称的提高单晶直径控制的精确度的技术效果。在此基础上，根据权利要求1的记载，仅能认可在计算单晶直径时的公式涉及到单晶直径、弯月面高度、亮环直径三者而已。其次，对比文件1公开了根据读取直径（测量直径）和目标直径之间的偏差来调整提拉速度，其中已经考虑了单晶的测量直径和目标直径来调整提拉速度，对比文件2给出了弯液面高度与单晶直径之间具有相关性的技术启示，同样地，对比文件2还记载了在所述方法中能够正确且迅速地检测提拉中硅单晶的直径变化，由此可见，单晶直径并非仅仅是输出变量，同样是在考虑的范围内。在此基础上，本领域技术人员可确定亮环直径、弯月面高度、单晶直径三者具有相关性。本领域技术人员显然知道，该关系式中考虑的参数或各参数之间的关系的细节越多，相对而言对实际的物理过程的简化、取舍就可能越少，相对而言就可能获得更高的精度。因此，为了更加精确确定单晶直径，本领域技术人员有动机在计算单晶直径时，利用或获得更多的与单晶直径相关的参数，在计算单晶直径时，考虑亮环直径、弯月面高度、单晶直径三者的相关性，进而确定单晶的直径。权利要求1记载的特征构成的技术方案并不能体现发明相对于现有技术整体上作出了何种贡献。综上，复审请求人的主张不具有说服力，合议组不予采纳。
三、决定
维持国家知识产权局于2017年09年22日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服,根据专利法第41条第2款的规定,请求人自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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