Rechtsprechung / BPatG / 2004
BPatG Beschluss vom 09.12.2004 – 23 W (pat) 2/03
23. Senat
BUNDESPATENTGERICHT
_______________
(Aktenzeichen)
Verkündet am
9. Dezember 2004
…
B E S C H L U S S
In der Beschwerdesache
…
betreffend die Patentanmeldung 199 09 564.7-33
hat der 23. Senat (Technischer Beschwerdesenat) des Bundespatentgerichts in
der mündlichen Verhandlung vom 9. Dezember 2004 unter Mitwirkung des Vorsitzenden Richters Dipl.-Phys. Dr. Tauchert sowie der Richter Dr. Meinel, Knoll und
Dip.-Phys. Dr. Häußler 6.70
beschlossen:
Die Beschwerde der Anmelderin wird zurückgewiesen.
G r ü n d e
I
Die vorliegende Patentanmeldung ist unter der Bezeichnung „Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozessschritte“ am 4. März 1999 beim Deutschen Patent-
und Markenamt eingereicht worden.
Mit Beschluss vom 5. Juli 2002 hat die Prüfungsstelle für Klasse H 01 L des Deutschen Patent- und Markenamts die Anmeldung zurückgewiesen. Zur Begründung
ist in der Entscheidung ausgeführt, dass der Gegenstand nach dem damals geltenden Patentanspruch 1 gegenüber dem Stand der Technik nach der Literaturstelle „J. Vac. Sci. Technol. B.“ Band 16, H.2,1998, Seiten 613 bis 618 und der
deutschen Patentschrift 42 23 133 nicht auf einer erfinderischen Tätigkeit beruhe.
Im Prüfungsverfahren ist zum Stand der Technik noch die deutsche Patentschrift
44 07 377 sowie das englischsprachige Abstract zur japanischen Offenlegungsschrift 06-349839 in Betracht gezogen worden. Darüber hinaus ist mit Zwischenverfügung des Senatsberichterstatters noch die PCT-Offenlegungsschrift WO
99/03141 in das Verfahren eingeführt worden.
Gegen den vorgenannten Zurückweisungsbeschluss richtet sich die Beschwerde
der Anmelderin. Sie verfolgt ihr Schutzbegehren mit in der mündlichen Verhandlung vorgelegten neuen Patentansprüchen nach Hauptantrag und Hilfsanträgen I
bis III weiter und vertritt die Auffassung, dass die Gegenstände der neugefassten
Hauptansprüche nach Hauptantrag und Hilfsanträgen I bis III gegenüber dem
nachgewiesenen Stand der Technik patentfähig seien.
Die Anmelderin beantragt,
den Beschluss der Prüfungsstelle für Klasse H 01 L des Deutschen
Patent- und Markenamts vom 5. Juli 2002 aufzuheben und das
Patent mit folgenden Unterlagen zu erteilen:
Patentansprüche 1 bis 5,
hilfsweise Patentansprüche 1 bis 4 (Hilfsantrag I),
hilfsweise Patentansprüche 1 bis 4 (Hilfsantrag II),
weiter hilfsweise Patentansprüche 1 und 2 (Hilfsantrag III),
sämtliche vorgenannten Unterlagen überreicht in der mündlichen
Verhandlung vom 9. Dezember 2004,
ursprüngliche Beschreibungsseiten 3 und 4,
Beschreibungsseiten 1, 2, 2a, eingegangen am 9. März 2000, und
ursprüngliche Zeichnung, Figur 1.
Der Patentanspruch 1 nach Hauptantrag hat folgenden Wortlaut:
„Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozessschritte bei der
Strukturierung von Halbleiterwafern bei einem Rapid Thermal Processing (RTP)-Prozess während der AA-Oxidation, der Sacrificial-
Oxidation oder der GC-Sidewall-Oxidation, bei welchem der Wafer
in einer Prozesskammer mit einer vorgegebenen Aufheizrate auf
die Prozesstemperatur aufgeheizt und nach Ablauf der vorgesehenen Prozesszeit mit einer vorgegebenen Abkühlrate wieder abgekühlt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wafer mit einer Aufheizrate von etwa 12°C/sec bis zu einem kurzzeitigen Stabilisierungsschritt bei einer konstanten Stabilisierungstemperatur von etwa 120°C unter der Prozesstemperatur
und anschließend bis zur vorgesehenen Prozesstemperatur mit einer Aufheizrate von etwa 10°C/sec aufgeheizt wird,
und nach Ablauf der Prozesszeit mit einer vorgegebenen geringen
Abkühlrate wieder bis zur Raumtemperatur abgekühlt wird.“
Der Patentanspruch 1 nach Hilfsantrag I lautet:
„Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozessschritte bei der
Strukturierung von Halbleiterwafern bei Rapid Thermal Processing
(RTP)-Prozessen während der AA-Oxidation, der Sacrificial-Oxidation oder der GC-Sidewall-Oxidation, bei welchem der Wafer in einer Prozesskammer mit einer vorgegebenen Aufheizrate auf die
Prozesstemperatur aufgeheizt und nach Ablauf der vorgesehenen
Prozesszeit mit einer vorgegebenen Abkühlrate wieder abgekühlt
wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wafer mit einer Aufheizrate von etwa 12°C/sec bis zu einem kurzzeitigen Stabilisierungsschritt bei konstanter Stabilisierungstemperatur von etwa 120°C unter der Prozesstemperatur und
anschließend bis zur vorgesehenen Prozesstemperatur mit einer
Aufheizrate von etwa 10°C/sec aufgeheizt wird
und nach Ablauf der Prozesszeit mit einer vorgegebenen geringen
Abkühlrate wieder bis zur Raumtemperatur abgekühlt wird,
wobei der Wafer mit einer Abkühlrate von ca. 20°C/sec von der
Prozesstemperatur auf die Stabilisierungstemperatur und anschließend mit einer geringeren Abkühlrate abgekühlt wird.“
Der Patentanspruch 1 nach Hilfsantrag II lautet:
„Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozessschritte bei der
Strukturierung von Halbleiterwafern bei Rapid Thermal Processing
(RTP)-Prozessen während der AA-Oxidation, der Sacrificial-Oxidation oder der GC-Sidewall-Oxidation, bei welchem der Wafer in einer Prozesskammer mit einer vorgegebenen Aufheizrate auf die
Prozesstemperatur aufgeheizt und nach Ablauf der vorgesehenen
Prozesszeit mit einer vorgegebenen Abkühlrate wieder abgekühlt
wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wafer mit einer Aufheizrate von etwa 12°C/sec bis zu einem kurzzeitigen Stabilisierungsschritt bei konstanter Stabilisierungstemperatur von etwa 120°C unter der Prozesstemperatur und
anschließend bis zur vorgesehenen Prozesstemperatur mit einer
Aufheizrate von etwa 10°C/sec aufgeheizt wird
und nach Ablauf der Prozesszeit mit einer vorgegebenen geringen
Abkühlrate wieder bis zur Raumtemperatur abgekühlt wird,
wobei die Temperatur des Stabilisierungsschrittes 1000°C beträgt.“
Der Patentanspruch 1 nach Hilfsantrag III hat folgenden Wortlaut:
„Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozessschritte bei der
Strukturierung von Halbleiterwafern bei Rapid Thermal Processing
(RTP)-Prozessen während der AA-Oxidation, der Sacrificial-Oxidation oder der GC-Sidewall-Oxidation, bei welchem der Wafer in einer Prozesskammer mit einer vorgegebenen Aufheizrate auf die
Prozesstemperatur aufgeheizt und nach Ablauf der vorgesehenen
Prozesszeit mit einer vorgegebenen Abkühlrate wieder abgekühlt
wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wafer mit einer Aufheizrate von etwa 12°C/sec bis zu einem kurzzeitigen Stabilisierungsschritt bei konstanter Stabilisierungstemperatur von etwa 120°C unter der Prozesstemperatur und
anschließend bis zur vorgesehenen Prozesstemperatur mit einer
Aufheizrate von etwa 10°C/sec aufgeheizt wird
und nach Ablauf der Prozesszeit mit einer vorgegebenen geringen
Abkühlrate wieder bis zur Raumtemperatur abgekühlt wird,
wobei der Wafer mit einer Abkühlrate von ca. 20°C/sec von der
Prozesstemperatur auf die Stabilisierungstemperatur und anschließend mit einer geringeren Abkühlrate abgekühlt wird, und die Temperatur des Stabilisierungsschrittes 1000°C beträgt.“
Wegen der geltenden Unteransprüche 2 bis 5 nach Hauptantrag, der geltenden
Unteransprüche 2 bis 4 nach Hilfsanträgen I und II, des geltenden Unteranspruchs
2 nach Hilfsantrag III sowie hinsichtlich weiterer Einzelheiten wird auf den Akteninhalt verwiesen.
II.
Die zulässige Beschwerde der Anmelderin ist nicht begründet, denn die Gegenstände der geltenden Patentansprüche 1 nach Hauptantrag und Hilfsanträgen I
bis III erweisen sich nach dem Ergebnis der mündlichen Verhandlung als nicht
patentfähig.
1.) Die Patentansprüche 1 nach Hauptantrag und Hilfsanträgen I bis III sind zulässig.
So stützt sich der Anspruch 1 nach Hauptantrag inhaltlich auf die ursprünglichen
Ansprüche 1 und 2, wobei die im ursprünglichen Anspruch 1 mit „insbesondere...“
bzw „vorzugsweise...“ eingeleiteten fakultativen Merkmale nunmehr zwingend
vorgeschrieben sind. Der Anspruch 1 nach Hilfsantrag I findet eine ausreichende
Stütze in den ursprünglichen Ansprüchen 1, 2 und 5. Der Anspruch 1 nach Hilfsantrag II stützt sich inhaltlich auf die ursprünglichen Ansprüche 1 bis 3. Der Anspruch 1 nach Hilfsantrag III findet eine ausreichende Stütze in den ursprünglichen Ansprüchen 1 bis 3 und 5.
2.) Die Anmeldung geht nach der geltenden Beschreibungseinleitung (S 1 Abs 1
bis S 2 Abs 2 und S 2 Abs 4) von dem Problem aus, dass bei Rapid Thermal Processing (RTP)-Prozessen von Halbleiterwafern
insbesondere während der
AA(Active Area)-Oxidation, der Sacrificial Oxidation und der GC(Gate Conductor)-
Sidewall-Oxidation die Oxidationsschritte in einer Prozesskammer bei relativ hohen Prozesstemperaturen – zB bei der AA-Oxidation nach dem Ausführungsbeispiel bei 1120 °C – erfolgen, so dass die Wafer während dieser Prozessschritte, insbesondere bei hohen Aufheiz- und Abkühlraten, einer erheblichen
thermischen Belastung ausgesetzt werden. Die dabei auftretenden thermischen
Belastungen können zu lateralen Scheibenverzügen führen, die nicht korrigierbare
Lagefehler der übereinander
liegenden Strukturebenen,
insbesondere der
Kontaktlochebenen, zur Folge haben. Bei Technologien unter 0,25 µm für hochintegrierte Speicherbauelemente sind derartige Lagefehler in den Kontaktlochebenen nicht mehr tolerierbar und können zu deutlichen Ausbeuteverlusten oder sogar zur totalen Funktionsunfähigkeit ganzer Lose führen. Außerdem nimmt mit zunehmendem Scheibendurchmesser, zB bei modernen 300 mm Halbleiterwafern,
die thermische Belastung durch thermische Inhomogenitäten stark zu.
Dem Anmeldungsgegenstand liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Verbesserung thermischer Prozessschritte bei RTP-Oxidationsprozessen von
Halbleiterwafern größeren Durchmessers zu schaffen (Beschwerdebegründung
vom 22. Dezember 2003 S 3 Abs 3).
Diese Aufgabe soll durch die Lehren der geltenden Patentansprüche 1 nach
Hauptantrag und Hilfsanträgen I bis III gelöst werden.
Soweit in den geltenden Patentansprüchen 1 nach Hauptantrag und Hilfsantrag II
mangels jeglicher Bezugsgröße offen bleibt, was unter einer „vorgegebenen geringen Abkühlrate“ gemäß dem diesbezüglichen Merkmal im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 zu verstehen ist und inwiefern sich diese Abkühlrate von einer „vorgegebenen Abkühlrate“ gemäß dem letzten Merkmal im Oberbegriff unterscheidet, ist davon auszugehen, dass mit einer „geringen Abkühlrate“ iS des Anmeldungsgegenstandes eine Abkühlrate von ca 20 °C/sec entsprechend dem in
den geltenden Unteransprüchen 3 und 4 nach Hauptantrag angegebenen diesbezüglichen Zahlenwert umfasst ist.
3.a) Hauptantrag
Das Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozessschritte gemäß Patentanspruch 1 nach Hauptantrag ist zwar neu. Dessen Lehre beruht jedoch nicht auf einer erfinderischen Tätigkeit; vielmehr ergibt sie sich für den zuständigen Durchschnittsfachmann, einen mit RTP-Oxidationsprozessen bei der Herstellung von
Halbleiterbauelementen vertrauten, berufserfahrenen Diplom-Physiker oder Diplom-Ingenieur der Fachrichtung Elektrotechnik/Halbleitertechnik mit Fachhochschulabschluss, auf der Grundlage seines allgemeinen Fachwissens und seines
Könnens in naheliegender Weise aus dem Stand der Technik nach der deutschen
Patentschrift 42 23 133 und der PCT-Offenlegungsschrift WO 99/03141.
Aus der deutschen Patentschrift 42 23 133 ist ein Verfahren zur Verbesserung
thermischer Prozessschritte bei der Strukturierung von Silizium-Halbleiterwafern
bei Rapid Thermal Processing (RTP)-Prozessen in Prozesskammern bei Prozesstemperaturen zwischen 1020 bis 1060°C – und damit für den Fachmann ersichtlich auch bei RTP-Oxidationsprozessen – bekannt, bei dem der Wafer (Silizium-Wafer mit 150 mm Scheiben-Durchmesser) mit einer ersten Aufheizrate bis
zu einem kurzzeitigen Stabilisierungsschritt bei einer konstanten Stabilisierungstemperatur unter der Prozesstemperatur und anschließend bis zur vorgesehenen
Prozesstemperatur mit einer zweiten Aufheizrate aufgeheizt wird, und nach Ablauf
der vorgesehenen Prozesszeit mit einer vorgegebenen geringen Abkühlrate von
ca 22°C/sec wieder abgekühlt wird, vgl insbesondere Fig. 7 („Defektarmes
Schnellheizprogramm“) iVm Sp 6 Z 42 bis 47, Sp 7 Z 60 bis 64, Sp 8 Z 33 bis 35,
Z 45 bis 47 und Z 65 bis 67. Damit sollen – insoweit auch entsprechend der dem
Anmeldungsgegenstand zugrundeliegenden Aufgabe – durch Temperatur-
Inhomogenitäten verursachte Defekte verringert werden (vgl die in der Entgegenhaltung genannte Aufgabe in Sp 3 Z 51 bis 57). Die erste und zweite Aufheizrate
beträgt bei diesem bekannten Verfahren gemäß Fig. 7 ca 26°C/sec bzw ca
56°C/sec, die Stabilisierungstemperatur ca 700°C und die Prozesstemperatur ca
1020°C.
Von diesem bekannten Verfahren unterscheidet sich das anmeldungsgemäße
Verfahren gemäß Anspruch 1 nach Hauptantrag somit lediglich durch geringere
Aufheizraten von 12°C/sec bzw 10°C/sec einerseits und die Stabilisierungstemperatur von etwa 120°C unter der Prozesstemperatur andererseits.
Diese Unterschiede können die Patentfähigkeit des Anmeldungsgegenstandes jedoch nicht begründen.
Denn nach der Überzeugung des Senats liegt es im Rahmen fachmännischen
Könnens, die Temperatur-Inhomogenitäten bei der bekannten zweistufigen Wafer-
Aufheizung zum einen durch niedrigere Aufheizraten im Rahmen des für RTP-
Prozesse fachnotorisch bekannten Bereichs von typischerweise 10 bis 100°C/sec
und zum anderen durch eine Stabilisierungstemperatur nahe der Prozesstemperatur zu minimieren, zumal in Sp 7 Z 2 bis 6 der deutschen Patentschrift 42 23 133
ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass zur Temperaturregelung beliebige
zeitliche Verläufe von ansteigenden Funktionen und abfallenden Funktionen „ramp
up“ und „ramp down“ programmierbar sind.
Eine Anregung hierzu erhält der Fachmann zudem aus der PCT-Offenlegungsschrift WO 99/03141.
So ist aus dieser Druckschrift ebenfalls ein Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozessschritte bei der Strukturierung von Halbleiterwafern bei RTP-Oxidationsprozessen mit zweistufiger Aufheizung und dazwischenliegenden Stabilisierungsschritt bei einer konstanten Stabilisierungstemperatur (stabilization temperature) bekannt, wobei die (zweite) Aufheizrate vorzugsweise im Bereich zwischen
10 – 100°C/sec liegt und somit auch eine ersichtlich vorteilhaft niedrige Aufheizrate von ca 10°C/sec zur Minimierung von Temperatur-Inhomogenitäten mitumfasst ist (vgl Fig. 3 mit zugehöriger Beschreibung, insbesondere S 10 leAbs sowie
das Abstract auf der Titelseite; hinsichtlich der verschiedenen Anwendungsfälle für
RTP-Oxidationsprozesse siehe insbesondere S 8 Abs 1). Soweit im Ausführungsbeispiel ein bevorzugter Wert von 50°C/sec angegeben ist, handelt es sich offensichtlich um einen dort gewählten Kompromiss, um auch die Aufheizzeiten möglichst niedrig zu halten und damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu gewährleisten.
Da bei diesem bekannten Verfahren ferner die Stabilisierungstemperatur bei ca.
500 °C und die Prozesstemperatur vorzugsweise im Bereich zwischen 600 –
1150°C liegt (vgl S 8 le Abs bzw S 10 le Abs), wird von der bekannten Lehre auch
der im geltenden Patentanspruch 1 nach Hauptantrag angegebene Zahlenwert
mitumfasst, wonach die Stabilisierungstemperatur etwa 120°C unter der Prozesstemperatur liegt.
Unerwartete Vorteile oder überraschende Ergebnisse sind mit den im Rahmen
einfacher Optimierungsversuche ermittelbaren Zahlenwerten aus einem jeweils
bekannten Bereich – bei deren Auswahl es letztlich nur um Abwägungen bekannter Vorteile und Nachteile im konkreten RTP-Oxidationsprozess geht - somit nicht
verbunden (vgl hierzu BGH GRUR 1996, 857, 860 – „Rauchgasklappe“).
Somit gelangt der Fachmann ohne erfinderisches Zutun zum Verfahren nach Patentanspruch 1 gemäß Hauptantrag.
Das Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozessschritte nach Anspruch 1
gemäß Hauptantrag ist daher nicht patentfähig.
b) Hilfsantrag I
Von der Fassung des Patentanspruchs 1 nach Hauptantrag unterscheidet sich der
Patentanspruch 1 nach Hilfsantrag I lediglich dadurch, dass der Wafer mit einer
Abkühlrate von ca. 20°C/sec von der Prozesstemperatur auf die Stabilisierungstemperatur und anschließend mit einer geringeren Abkühlrate abgekühlt wird.
Ein erfinderischer Gehalt kann jedoch weder in diesem zusätzlichen Merkmal für
sich noch in seiner Kombination mit den übrigen Merkmalen des Patentanspruchs
1 nach Hilfsantrag I gesehen werden. Denn bei dem aus der deutschen Patentschrift 42 23 133 bekannten Verfahren wird der Halbleiterwafer – wie dargelegt –
nach Ablauf der vorgesehenen Prozesstemperatur mit einer Abkühlrate von ca
22°C abgekühlt (vgl dort Fig. 7), wobei in Sp 8 Z 61 bis 65 dieser Druckschrift ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass für eine weitere Defektreduzierung (auch)
bei der Temperaturabsenkung eine programmgesteuerte zweistufige Absenkung
vorgenommen wird. Dabei liegt es im Rahmen fachmännischen Handelns, auch
beim Abkühlen die Stufe – wie beim Aufheizen – bei der Stabilisierungstemperatur
vorzusehen und zur Defektreduzierung möglichst geringe Abkühlraten bis zur
Raumtemperatur zu wählen, soweit eine entsprechende Verlängerung der Prozesszeiten in Kauf genommen werden kann.
Das Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozessschritte nach Patentanspruch 1 gemäß Hilfsantrag I beruht daher ebenfalls nicht auf einer erfinderischen
Tätigkeit.
c) Hilfsantrag II
Der Patentanspruch 1 nach Hilfsantrag II unterscheidet sich von demjenigen nach
Hauptantrag lediglich durch den angegebenen Zahlenwert von 1000°C für die
Temperatur des Stabilisierungsschrittes.
Auch in dieser Maßnahme kann jedoch nichts Erfinderisches gesehen werden.
Denn die Temperatur des Stabilisierungsschrittes ist primär durch die Prozesstemperatur für den jeweiligen RTP-Oxidationsprozess - zB für trockene Oxidation
von Silizium typischerweise ca 1100°C – vorgegeben, wobei zur Verringerung des
Temperaturgradienten über dem Halbleiterwafer bei der vorgesehenen Prozesstemperatur – wie dargelegt – ein möglichst geringer Abstand der Stabilisierungstemperatur unterhalb der vorgesehenen Prozesstemperatur zu wählen ist.
Das Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozessschritte nach Anspruch 1
gemäß Hilfsantrag II ist daher ebenfalls nicht patentfähig.
d) Hilfsantrag III
Der Gegenstand des Patentanspruchs 1 nach Hilfsantrag III unterscheidet sich
von dem – wie dargelegt – nichterfinderischen Gegenstand des Patentanspruchs
1 nach Hauptantrag nur durch die zusätzlichen Merkmale, wonach
- der Wafer mit einer Abkühlrate von ca. 20°C/sec von der Prozesstemperatur auf die Stabilisierungstemperatur und anschließend mit einer geringeren Abkühlrate abgekühlt wird, und
- die Temperatur des Stabilisierungsschrittes 1000°C beträgt.
Aber auch die Kombination dieser bereits im Zusammenhang mit den Hilfsanträgen I bzw II abgehandelten Merkmale kann weder für sich noch in Verbindung mit
den übrigen Merkmalen des Patentanspruchs 1 nach Hilfsantrag III die Patentfähigkeit begründen. Denn ausgehend von dem aus der deutschen Patentschrift
42 23 133 bekannten Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozessschritte bei
der Strukturierung von Halbleiterwafern bei RTP-Prozessen mit zweistufigem Aufheizprozess und dazwischenliegendem Stabilisierungsschritt unter der Prozesstemperatur sowie zweistufigem Abkühlprozess handelt es sich – wie dargelegt -
vorliegend lediglich um eine anhand von Optimierungsversuchen zu ermittelnde
nichterfinderische Auswahl von Zahlenwerten aus jeweils bekannten Bereichen,
um die durch Temperatur-Inhomogenitäten der Halbleiterwafer hervorgerufenen
Defekte zu minimieren.
Das Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozessschritte nach Anspruch 1
gemäß Hilfsantrag III ist daher ebenfalls nicht patentfähig.
4.) Mit dem jeweiligen Patentanspruch 1 nach Hauptantrag und Hilfsanträgen I bis
III fallen – aufgrund der Antragsbindung (BGH GRUR 1997, 120 Ls, 122 -
„Elektrisches Speicherheizgerät“ mwNachw) – notwendigerweise auch die jeweils
darauf zurückbezogenen geltenden Unteransprüche.
Dr. Tauchert
Dr. Meinel
Knoll
Dr. Häußler
Pr