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　特願２０００−３７６５６１「薄膜半導体素子」拒絶査定不服審判事件〔平成１４年　６月２１日出願公開、特開２００２−１７６１８０〕について、次のとおり審決する。
【結　論】
　本件審判の請求は、成り立たない。
【理　由】
第１　手続の経緯　　　
　本願は、平成１２年１２月６日の出願であって、平成１８年３月２３日付けで拒絶査定がなされ、これに対して、同年４月２７日に拒絶査定に対する審判請求がなされるとともに、同日付けで手続補正がなされ、その後当審において、平成２０年７月４日付けで審尋がなされ、同年１１月１３日付けで、平成１８年４月２７日付けの手続補正が却下されるとともに、同年１２月２日付けで拒絶理由が通知され、その指定期間内である平成２１年２月６日付けで手続補正がなされたものである。
　
第２　本願発明　　
　本願の請求項１ないし６に係る発明は、平成２１年２月６日付けの手続補正により補正された願書に添付された明細書及び図面の記載からみて、その特許請求の範囲の請求項１ないし６に記載された事項により特定されるものであり、その請求項１に係る発明（以下、「本願発明」という。）は、その請求項１に記載された事項により特定される以下のとおりのものである。　　
「【請求項１】
　基板と、
　前記基板の上方に設けられた半導体薄膜とを備えた薄膜半導体素子であって、
　前記半導体薄膜は、種々の結晶方位を有する複数のクラスタ結晶から成る多結晶構造を有し、かつ
　前記クラスタ結晶の各々は、略同一の結晶学的方位を示し且つ粒界を介して隣接する少なくとも２個以上の結晶粒子のみが集合して成り、
　前記クラスタ結晶の各々は、前記基板の表面に対して略平行な方向に（１１１）優先配向しており、
　前記半導体薄膜は、その表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍ以下になるエネルギー密度のレーザ照射を、前記クラスタ結晶の各々が略同一結晶学方位を示す結晶粒子のみで構成されるまで繰り返すことにより形成されたものであることを特徴とする薄膜半導体素子。」
　　　
第３　刊行物に記載された発明　　
１．刊行物１：特開平６−２８３４２２号公報　　
　当審において通知された拒絶理由に引用され、本願の出願前に頒布された刊行物である特開平６−２８３４２２号公報（以下、「刊行物１」という。）には、図１ないし４とともに以下の事項が記載されている。　
「【００１８】また、上記の薄膜トランジスタは、（１１１）配向度５０％以上の多結晶半導体膜を少なくともチャネル層に有し、その電子移動度および特性の均一性が向上されたので、高品質なデバイスとなる。
【００１９】また、上記の多結晶半導体膜の製造方法によれば、低温プロセスであるエキシマレーザーアニールによって再結晶化を行うから、低融点のガラス基板などを使用することができる。更に、結晶成長を阻害する水素及び酸素を十分に除去した上で、エキシマレーザーパルスの照射回数を３０ｓｈｏｔｓ以上として結晶成長を起こさせるエネルギーを十分に与え、且つ温度を保持し凝固過程を制御するので、結晶は横方向に成長して大粒径化する。また、この結晶成長時、（１１１）面に優先的に成長するため、結晶に配向を持たせながら大粒径化を図ることができる。」
「【００２４】第３の工程におけるレーザーパルス照射においては、ＸｅＣｌ，ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＦなどのエキシマレーザーが用いられる。このときのレーザーエネルギー密度は２００〜５００ｍＪ／ｃｍ２に設定しており、パルス数は３０ｓｈｏｔｓ以上に設定している。また、このときの基板温度は、２００〜５００℃に設定している。ここに、上記のショット数は、従来におけるエキシマレーザーアニールにおける１〜８ｓｈｏｔｓよりも格段に多いものとなっている。
【００２５】図１は、上記の多結晶半導体膜の製造方法におけるエキシマレーザーパルス照射時のガラス基板１０上のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１の結晶成長の様子を示した斜視図であり、レーザーパルスのショット数が増えるに従って横方向に二次的に結晶成長が起こって結晶粒径が大きくなることが分かる。また、図には示されていないが、結晶粒は（１１１）面に配向する。
【００２６】以下、上記の製造方法により製造された多結晶半導体膜において、結晶が（１１１）配向して大粒径化する理由について考察する。
【００２７】まず、同図（ａ）に示すように、エキシマレーザーが照射されることにより、出発膜であるａ−Ｓｉ膜は小粒径のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜に変化する。そして、上記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の結晶粒径が膜厚と同程度になり、粒の形状が柱状になる。この変化は、従来方法においても同じであり、この小粒径のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜においては、結晶の配向はランダムである。
【００２８】ところで、このエキシマレーザーアニール法を利用する従来の多結晶半導体膜の製造方法においては、エキシマレーザーのショット回数を増やしてもそれに比例して結晶粒径が飛躍的に大粒径化することはなかった。これは、エキシマレーザーのショット回数を増やすと、粒界部分が溶融し、部分的には横方向に２次元的に結晶成長が起こり一部の結晶粒は大きくなるが、ショット数が一定以上の場合に出発材料に含有されている酸素及び水素原子により、横方向の結晶成長が阻害されるからである。
【００２９】これに対し、本発明では、前記の第１及び第２の工程において、結晶成長を阻害する要因となる酸素及び水素が十分に除去されているので、レーザーパルスのショット数が増えるに従って横方向に二次的に結晶成長が起こって結晶粒径が大きくなる。
【００３０】そして、上記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の結晶粒径が膜厚と同程度になり、粒の形状が柱状になると、表面自由エネルギーの異方性が大きな影響を及ぼすようになる。つまり、外部から結晶成長を起こさせるエネルギーを加えた場合、表面自由エネルギーが最小となる方向に配向しようとする。これは、よりエネルギー的に安定な面に落ちつこうとするからである。Ｓｉ表面の表面自由エネルギーはＳｉのブロークンボンド密度に関係し、Ｓｉ表面では（１１１）面の密度が最も小さくなり、（１１１）面に優先的に配向することになる。そして、このときに、上記したように、前記の第１及び第２の工程において、結晶成長を阻害する要因となる酸素及び水素が十分に除去されていることにより、（１１１）面への配向が円滑に行われ、（１１１）面の配向を有する結晶粒が優先的に成長すると考えられる。
【００３１】即ち、前記のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成している各々の結晶は、当初は小粒径であり配向もばらばらであるが、前述したように、その粒の形状が柱状となった後において、引き続き照射されるエキシマレーザーにて結晶成長を起こさせるエネルギーが次々と付与されるため、各々の結晶の粒界面において（１１１）面への配向が優先的に進み、（１１１）面に配向を有している結晶は、これと接している他の面に配向を持つ結晶を取り崩して成長し、その結果、（１１１）の面に配向する結晶が大粒径化するものと考えられる。
【００３２】結晶の大粒径化は、上記したように、出発膜中の不純物である酸素濃度と水素濃度の影響を受ける。水素濃度と結晶粒径の関係、及び酸素濃度と結晶粒径の関係を調べたので以下に示す。なお、このときの条件は、基板温度を４００℃、エキシマレーザーエネルギー密度を３５０ｍＪ／ｃｍ２、エキシマレーザーの照射回数を１２８ｓｈｏｔｓとした。
【００３３】
水素濃度：１×１０２０／ｃｍ３以上の場合→最大粒径：６０００Å以下
水素濃度：５×１０１９／ｃｍ３以下の場合→最大粒径：３μｍ以上
（酸素濃度は十分に少なくしている：４×１０１８／ｃｍ３以下）
【００３４】
酸素濃度：１×１０１９／ｃｍ３以上の場合→最大粒径：６０００Å以下
酸素濃度：４×１０１８／ｃｍ３以下の場合→最大粒径：３μｍ以上
（水素濃度は十分に少なくしている：５×１０１９／ｃｍ３以下）
【００３５】従って、結晶の大粒径化のためには、出発膜であるａ−Ｓｉ膜において酸素および水素ともに十分に低濃度であることが必要であることがわかる。
【００３６】図２は、粒径分布の推移を表したグラフであり、同図（ａ）はショット数が１回の場合を、同図（ｂ）はショット数が６０回の場合を、同図（ｃ）はショット数が１２０回の場合をそれぞれ示している。これらの図から分かるように、ショット数が１回の時点では、大粒径（１．０〜２．０μｍ程度）の結晶は全く得られないが、ショット数が６０回の時点で一部の結晶が大粒径化し、ショット数が１２０回の時点で略全ての結晶が大粒径化している。
【００３７】図３（ａ）は、基板温度を一定（４００℃）とし、エキシマレーザーショット数を変化させた場合の配向の集中度の変化を示したグラフであり、このグラフから分かるように、ショット数が多くなるに従って（１１１）面の配向を有する結晶粒が成長し、ついには（１１１）配向度５０％以上有の多結晶半導体膜が得られる。」
「【００３９】このような大粒径で（１１１）配向を有する多結晶半導体膜を用いて薄膜トランジスタを作製するときは、その高い電子移動度によって薄膜トランジスタの高性能化を図ることができる。例えば、図４に示すように、膜厚が３００Å〜１０００Å程度で、１μｍ以上の粒径を有する結晶を少なくとも含み、（１１１）配向度５０％以上有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１を、歪点７００℃以下のガラス基板１０上に堆積し、ゲート絶縁膜１２およびゲート電極１３を形成し、ソースおよびドレインとなる領域に不純物をドープしてソースＳ，ドレインＤを形成し、更に、ソース，ドレイン電極１４を順次形成することにより作製できる。」
　　　
（ア）刊行物１には、「【００３９】このような大粒径で（１１１）配向を有する多結晶半導体膜を用いて薄膜トランジスタを作製するときは、その高い電子移動度によって薄膜トランジスタの高性能化を図ることができる。例えば、図４に示すように、膜厚が３００Å〜１０００Å程度で、１μｍ以上の粒径を有する結晶を少なくとも含み、（１１１）配向度５０％以上有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１を、歪点７００℃以下のガラス基板１０上に堆積し、ゲート絶縁膜１２およびゲート電極１３を形成し、ソースおよびドレインとなる領域に不純物をドープしてソースＳ，ドレインＤを形成し、更に、ソース，ドレイン電極１４を順次形成することにより作製できる。」と記載されており、ガラス基板１０及びｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１を備えた薄膜トランジスタが記載されている。
（イ）刊行物１には、「更に、結晶成長を阻害する水素及び酸素を十分に除去した上で、エキシマレーザーパルスの照射回数を３０ｓｈｏｔｓ以上として結晶成長を起こさせるエネルギーを十分に与え、且つ温度を保持し凝固過程を制御するので、結晶は横方向に成長して大粒径化する。」（００１９段落）、「【００２４】第３の工程におけるレーザーパルス照射においては、ＸｅＣｌ，ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＦなどのエキシマレーザーが用いられる。」、「【００３２】結晶の大粒径化は、上記したように、出発膜中の不純物である酸素濃度と水素濃度の影響を受ける。水素濃度と結晶粒径の関係、及び酸素濃度と結晶粒径の関係を調べたので以下に示す。なお、このときの条件は、基板温度を４００℃、エキシマレーザーエネルギー密度を３５０ｍＪ／ｃｍ２、エキシマレーザーの照射回数を１２８ｓｈｏｔｓとした。」、及び「【００３７】図３（ａ）は、基板温度を一定（４００℃）とし、エキシマレーザーショット数を変化させた場合の配向の集中度の変化を示したグラフであり、このグラフから分かるように、ショット数が多くなるに従って（１１１）面の配向を有する結晶粒が成長し、ついには（１１１）配向度５０％以上有の多結晶半導体膜が得られる。」と記載されており、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１が、水素及び酸素が十分に除去されたａ−Ｓｉ膜に、エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザーを１２８ｓｈｏｔｓ照射することによって大粒径化した複数の結晶粒から成るものであることが記載されている。また、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１が、多結晶構造を有することは明らかである。
（ウ）刊行物１には、「【００２５】図１は、上記の多結晶半導体膜の製造方法におけるエキシマレーザーパルス照射時のガラス基板１０上のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１の結晶成長の様子を示した斜視図であり、レーザーパルスのショット数が増えるに従って横方向に二次的に結晶成長が起こって結晶粒径が大きくなることが分かる。また、図には示されていないが、結晶粒は（１１１）面に配向する。」、及び「各々の結晶の粒界面において（１１１）面への配向が優先的に進み、（１１１）面に配向を有している結晶は、これと接している他の面に配向を持つ結晶を取り崩して成長し、その結果、（１１１）の面に配向する結晶が大粒径化するものと考えられる。」（００３１段落）と記載されており、レーザーパルスのショット数が増えるに従って結晶粒径が大きくなる結晶粒の各々は、横方向に二次元的に（１１１）面への配向が優先的に進んで成長したものであることが記載されている。
　　　
　したがって、刊行物１には、以下の発明（以下、「刊行物１発明」という。）が記載されている。　　
「ガラス基板１０と、
　前記ガラス基板１０上に設けられたｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１とを備えた薄膜トランジスタであって、
　前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１は、水素及び酸素が十分に除去されたａ−Ｓｉ膜に、エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザーを１２８ｓｈｏｔｓ照射することによって大粒径化した複数の結晶粒から成る多結晶構造を有し、かつ
　前記結晶粒の各々は、横方向に二次元的に（１１１）面への配向が優先的に進んで成長したものであることを特徴とする薄膜トランジスタ。」　
　
２．刊行物２：特開平１０−１７２９１９号公報　　
　当審において通知された拒絶理由に引用され、本願の出願前に頒布された刊行物である特開平１０−１７２９１９号公報（以下、「刊行物２」という。）には、以下の事項が記載されている。
「【０００７】このように、基板加熱の有無により、得られる多結晶シリコンの結晶粒径が異なるのは、レーザーによりシリコンが溶融した後から固化するまでの時間がいかに長くとれるかにかかっているためである。基板加熱をしていない状態では、レーザーアニール後のシリコンの降温速度は、周辺に存在する比較的低温の金属やガラス絶縁体への熱放出により速い。このため、溶融したシリコン原子が隣のシリコン原子と結合するための移動時間が極端に短くなり、シリコンの結晶配向を行う時間が不足する。この条件で結晶粒径を大きくするためには、レーザーエネルギーを増加させるしかないが、レーザーエネルギーを上げ過ぎると、今度は、シリコン膜の平坦性が損なわれる。これは、シリコン膜自体の熱分布がレーザーエネルギーの上昇に伴い悪くなるからである。
【０００８】そこで、基板を３００〜４００℃に事前に加熱しておき、この状態でレーザー照射を行う。この状態であると、レーザーエネルギーにより上昇したシリコン膜の温度は比較的高い基板加熱温度に向かって徐々に低下するため、シリコンの溶融から、再結晶を意味する固化までの時間を稼ぐことができる。溶融から固化までの時間が長いということは、シリコン原子の移動時間が稼げるということであり、この結果、レーザーエネルギーが小さい状態でも粒径サイズの大きい多結晶シリコン膜が得られる。」
　
３．刊行物３：特開平８−５１０７７号公報
　当審において通知された拒絶理由に引用され、本願の出願前に頒布された刊行物である特開平８−５１０７７号公報（以下、「刊行物３」という。）には、図７とともに以下の事項が記載されている。
「【００１５】すなわち、この発明においては、非晶質等の半導体薄膜に対してレーザ光を照射して多結晶半導体を製造するにあたり、非晶質半導体等に対する脱水素化処理が簡単に行えて膜荒れのない多結晶半導体が容易に得られるようにすると共に、結晶状態が均一で、さらにキャリアの移動度等の特性に優れた多結晶半導体を短時間で簡単に製造できるようにし、更に、画像表示デバイスの特性向上を図ることを課題とするものである。」
「【００４０】ここで、上記のように非晶質シリコン膜２を脱水素化処理して非晶質シリコン膜２中の水素を約０．５ａｔｏｍｉｃ％にしたものにレーザ光を照射させて結晶化させた場合に、その膜荒れが減少されることを明らかにするため、上記のように脱水素化処理した非晶質シリコン膜２と、脱水素化処理しなかった非晶質シリコン膜２に対して、それぞれエネルギー密度が１００〜４００ｍＪ／ｃｍ２のレーザ光を照射させて結晶化させ、結晶化された各膜における表面粗さ（Ｒａ）を測定して各膜における膜荒れ状態を調べ、脱水素化処理したものにおける表面粗さの結果を□で、脱水素化処理しなかったものにおける表面粗さの結果を○で、図７に示した。この結果、非晶質シリコン膜２を脱水素化処理したものは脱水素化処理しなかったものに比べて膜荒れが少なくなっており、特に照射するレーザ光のエネルギー密度が高くなるに連れてその差が顕著になっていた。」
　
４．刊行物４：特開平１１−７４１９８号公報
　当審において通知された拒絶理由に引用され、本願の出願前に頒布された刊行物である特開平１１−７４１９８号公報（以下、「刊行物４」という。）には、図１及び２とともに以下の事項が記載されている。
「【００１９】そこで、この発明の目的は、表面ラフネスを低減でき、高品質な半導体薄膜およびその製造方法を提供することにある。」
「【００２６】従来法でレーザー照射の出発膜として用いられている非晶質ケイ素膜は、一般的にプラズマＣＶＤ法により基板上に堆積させたものであり、膜中水素濃度は１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度と非常に高濃度である。このような膜にレーザー光を照射すると、その照射エネルギー密度に対する結晶化後のケイ素膜表面の平均面粗さＲａは、照射エネルギー密度に対して図１のＡで表されるような関係を示している。すなわち、ある照射エネルギー密度ａより急激に表面ラフネスが大きくなり、それ以上の照射エネルギー密度では膜自身が飛散する。この原因としては、結晶化工程におけるリッジの発生に加えて、膜中水素の突沸が考えられる。
【００２７】このため、上記のプラズマＣＶＤにより得られた非晶質ケイ素膜に対して、４５０℃程度の熱処理を行って、脱水素化してからレーザー光照射を行うのが望ましい。上記熱処理後に得られたａ−Ｓｉ膜の膜中水素濃度は、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。この膜にレーザー光を照射したとき、その照射エネルギー密度に対するケイ素膜表面の平均面粗さＲａは、図１のＢのような関係を示している。すなわち、急激に表面ラフネスが大きくなる点が、照射エネルギー密度ｂで示されるように、照射エネルギー密度のより高い側にシフトし、結果としてＡに比べて、より高い照射エネルギー密度でレーザー光照射が行えるようになる。
【００２８】上記膜中水素濃度が２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のケイ素膜を出発膜としてレーザー照射した場合が、図１におけるＣである。上記Ｂに比べ、急激なケイ素膜表面ラフネスの増大が全く見られないことがわかる。明らかに、ＢからＣへの過程で大きな変化が生じていることが予想される。
【００２９】図２は、図１における照射エネルギー密度がｂ以上の大きさとなる点（具体的には照射エネルギー密度３５０ｍＪ／ｃｍ２）において、出発膜の膜中水素濃度と、レーザー照射後のケイ素膜表面の平均面粗さＲａとの関係を示している。なお、図２の横軸は出発膜の膜中水素濃度、縦軸はレーザー照射後のケイ素膜表面の平均面粗さＲａを表している。
【００３０】図２に示すように、出発膜における膜中水素濃度が減少するに従って、レーザー照射後の表面ラフネスも減少するが、膜中水素濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より小さくなったときに、表面ラフネスを表す平均面粗さＲａが急激に減少し、さらに、膜中水素濃度が２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下では、平均面粗さＲａが飽和して安定している。」
　
第４　当審の判断　　
１．対比　　
　本願発明と刊行物１発明とを対比する。　　
（ア）刊行物１発明の「ガラス基板１０」、「ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１」及び「薄膜トランジスタ」は、本願発明の「基板」、「半導体薄膜」及び「薄膜半導体素子」に相当する。
（イ）刊行物１発明は、「前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１は」「複数の結晶粒から成る多結晶構造を有」するものであり、一方、本願発明は、「前記半導体薄膜は」「複数のクラスタ結晶から成る多結晶構造を有」するものであるから、刊行物１発明の「複数の結晶粒」及び本願発明の「複数のクラスタ結晶」は、多結晶構造を構成する複数の結晶である点で、共通する。よって、刊行物１発明の、「前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１は」「複数の結晶粒から成る多結晶構造を有」することは、本願発明の、「前記半導体薄膜は」「複数の」「結晶から成る多結晶構造を有」することに相当する。
（ウ）刊行物１発明の「横方向に二次元的」であることは、本願発明の「前記基板の表面に対して略平行な方向」であることに相当し、刊行物１発明の「（１１１）面への配向が優先的に進んで成長」することは、本願発明の「（１１１）優先配向」することに相当するから、刊行物１発明の、「横方向に二次元的に（１１１）面への配向が優先的に進んで成長」することは、本願発明の「前記基板の表面に対して略平行な方向に（１１１）優先配向」することに相当する。
（エ）刊行物１発明の「ＸｅＣｌのエキシマレーザーを１２８ｓｈｏｔｓ照射する」ことは、本願発明の「レーザ照射を」「繰り返すこと」に相当するから、刊行物１発明の「前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１は、水素及び酸素が十分に除去されたａ−Ｓｉ膜に、エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザーを１２８ｓｈｏｔｓ照射することによって大粒径化した複数の結晶粒から成る多結晶構造を有」することは、本願発明の「前記半導体薄膜は」「レーザ照射を」「繰り返すことにより形成されたものである」ことに相当する。
　
　よって、本願発明と刊行物１発明とは、　　
「基板と、
　前記基板の上方に設けられた半導体薄膜とを備えた薄膜半導体素子であって、
　前記半導体薄膜は、複数の結晶から成る多結晶構造を有し、かつ
　前記結晶の各々は、前記基板の表面に対して略平行な方向に（１１１）優先配向しており、
　前記半導体薄膜は、レーザ照射を繰り返すことにより形成されたものであることを特徴とする薄膜半導体素子。」
である点で一致し、以下の点で相違する。　　
〈相違点１〉　
　本願発明は、「前記半導体薄膜は、種々の結晶方位を有する複数のクラスタ結晶から成る多結晶構造を有し、かつ　前記クラスタ結晶の各々は、略同一の結晶学的方位を示し且つ粒界を介して隣接する少なくとも２個以上の結晶粒子のみが集合して成り、　前記クラスタ結晶の各々は、前記基板の表面に対して略平行な方向に（１１１）優先配向して」いるのに対し、刊行物１発明は、「前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１は、水素及び酸素が十分に除去されたａ−Ｓｉ膜に、エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザーを１２８ｓｈｏｔｓ照射することによって大粒径化した複数の結晶粒から成る多結晶構造を有し、かつ　前記結晶粒の各々は、横方向に二次元的に（１１１）面への配向が優先的に進んで成長したものであ」り、刊行物１発明の「結晶粒」が、種々の結晶方位を有し、略同一の結晶学的方位を示し且つ粒界を介して隣接する少なくとも２個以上の結晶粒子のみが集合して成るクラスタ結晶であることが明示されていない点。
　　　
〈相違点２〉
　本願発明は、「前記半導体薄膜は、その表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍ以下になるエネルギー密度のレーザ照射を、前記クラスタ結晶の各々が略同一結晶学方位を示す結晶粒子のみで構成されるまで繰り返すことにより形成されたものであ」るのに対し、刊行物１発明は、「前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１は、水素及び酸素が十分に除去されたａ−Ｓｉ膜に、エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザーを１２８ｓｈｏｔｓ照射することによって大粒径化した複数の結晶粒から成る」ものであり、刊行物１発明の「エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザー」が、「ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１」の表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍ以下になるエネルギー密度のレーザ照射であることが特定されておらず、刊行物１発明の「水素及び酸素が十分に除去されたａ−Ｓｉ膜に、エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザーを１２８ｓｈｏｔｓ照射する」ことにより、各々が略同一結晶学方位を示す結晶粒子のみで構成されるクラスタ結晶が形成されることが明示されてない点。
　
２．相違点についての検討　　
　以下、上記相違点について検討する。　　
〈相違点１について〉　
（ア）本願明細書等の発明の詳細な説明には、「【００２２】　その後、上記した脱水素処理を行った非晶質シリコン膜を例えばＸｅＣｌレーザ（波長３０８ｎｍ）を用いてレーザ結晶化を行った。なお本実施例ではレーザ光のエネルギー密度は３００〜５００ｍＪ／ｃｍ２とした。」、「【００２８】　図２から明らかのように、３００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザ光を照射した場合，レーザ光を一回だけ照射した場合の平均結晶粒径は約１５０ｎｍであるが，２０回照射した場合の平均結晶粒径は４５０ｎｍであり，レーザ光の照射回数に伴って平均結晶粒径は著しく増大することが判った。この傾向は４００ｍＪ／ｃｍ２あるいは５００ｍＪ／ｃｍ２のレーザエネルギー密度においても同様である。」、「【００４２】  上記したＳＥＭ観察による表面形状の結果からも明らかのように、比較的エネルギー密度の小さいレーザ光を複数回照射することによって、本来小さな表面突起を有する結晶粒子が、表面突起の大きさを保ったまま結晶粒子のみが集合して、おおきな結晶、すなわちクラスタ結晶を形成すると考えられる。」、「【００５３】　図８は３００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するレーザ光を２０回照射した場合の多結晶シリコン膜において、結晶粒子が集合した境界部分の断面透過電子顕微鏡写真を示したものである。結晶粒子の集合体であるクラスタ結晶の大きさは約５００ｎｍである。この図からも明確であるように上記した境界部分では結晶粒子Ａと結晶粒子Ｂとが結晶学的に方位を同じくして接している。」、及び「【００５９】　上記した結晶粒子を電子線後方散乱回折法を用いて詳細に調べ、結晶方位の同じ物には同一の記号を用いて図中に識別して示した。この結果、多結晶シリコン膜は種々の結晶方位を有するクラスタ結晶で構成されるが、ひとつのクラスタ結晶を構成する個々の結晶粒子はすべて同一の方位を示しており，粒界は存在するけれどもクラスタ結晶自身が実質上単一の結晶と同等の性質を有していることが判明した。」と記載されており、脱水素処理を行った非晶質シリコン膜に、エネルギー密度が３００〜５００ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌレーザ（波長３０８ｎｍ）を複数回照射し、平均結晶粒径を増大させる工程により、種々の結晶方位を有し、略同一の結晶学的方位を示し且つ粒界を介して隣接する少なくとも２個以上の結晶粒子のみが集合して成るクラスタ結晶が形成されることが記載されている。
（イ）そして、刊行物１発明の「水素及び酸素が十分に除去されたａ−Ｓｉ膜に、エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザーを１２８ｓｈｏｔｓ照射することによって」「複数の結晶粒」を「大粒径化」させることは、上記「（ア）」において検討した、本願明細書等に記載された、脱水素処理を行った非晶質シリコン膜に、エネルギー密度が３００〜５００ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌレーザ（波長３０８ｎｍ）を複数回照射し、平均結晶粒径を増大させる工程に対応するものであり、刊行物１に記載された「結晶粒」は、本願明細書等に記載された、本願発明の「クラスタ結晶」を形成する方法と同様の方法で形成されたものであるから、刊行物１に記載された「結晶粒」が、種々の結晶方位を有し、略同一の結晶学的方位を示し且つ粒界を介して隣接する少なくとも２個以上の結晶粒子のみが集合して成るクラスタ結晶であることは明らかであり、刊行物１発明が、本願発明の如く、「前記半導体薄膜は、種々の結晶方位を有する複数のクラスタ結晶から成る多結晶構造を有し、かつ　前記クラスタ結晶の各々は、略同一の結晶学的方位を示し且つ粒界を介して隣接する少なくとも２個以上の結晶粒子のみが集合して成り、　前記クラスタ結晶の各々は、前記基板の表面に対して略平行な方向に（１１１）優先配向して」いる構造を有することは明らかである。よって、本願発明と刊行物１発明とは、上記相違点１において、実質的に、相違しないものである。
　
〈相違点２について〉
　相違点２については、以下のとおり、「〈相違点２−１〉」及び「〈相違点２−２〉」に区分して検討する。
〈相違点２−１〉
　本願発明は、「前記半導体薄膜は、その表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍ以下になるエネルギー密度のレーザ照射を」「繰り返すことにより形成されたものであ」るのに対し、刊行物１発明は、「前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１は」「エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザーを１２８ｓｈｏｔｓ照射することによって大粒径化した複数の結晶粒から成る」ものであり、刊行物１発明の「エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザー」が、「ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１」の表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍ以下になるエネルギー密度のレーザであることが特定されていない点。
〈相違点２−２〉
　本願発明は、「前記半導体薄膜は」「レーザ照射を、前記クラスタ結晶の各々が略同一結晶学方位を示す結晶粒子のみで構成されるまで繰り返すことにより形成されたものであ」るのに対し、刊行物１発明は、「前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１は、水素及び酸素が十分に除去されたａ−Ｓｉ膜に、エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザーを１２８ｓｈｏｔｓ照射することによって大粒径化した複数の結晶粒から成る」ものであり、刊行物１発明の「水素及び酸素が十分に除去されたａ−Ｓｉ膜に、エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザーを１２８ｓｈｏｔｓ照射する」ことにより、各々が略同一結晶学方位を示す結晶粒子のみで構成されるクラスタ結晶が形成されることが明示されてない点。
〈相違点２−１について〉
（ア）刊行物２には、「この条件で結晶粒径を大きくするためには、レーザーエネルギーを増加させるしかないが、レーザーエネルギーを上げ過ぎると、今度は、シリコン膜の平坦性が損なわれる。これは、シリコン膜自体の熱分布がレーザーエネルギーの上昇に伴い悪くなるからである。　【０００８】そこで、基板を３００〜４００℃に事前に加熱しておき、この状態でレーザー照射を行う。この状態であると、レーザーエネルギーにより上昇したシリコン膜の温度は比較的高い基板加熱温度に向かって徐々に低下するため、シリコンの溶融から、再結晶を意味する固化までの時間を稼ぐことができる。溶融から固化までの時間が長いということは、シリコン原子の移動時間が稼げるということであり、この結果、レーザーエネルギーが小さい状態でも粒径サイズの大きい多結晶シリコン膜が得られる。」（０００７段落及び０００８段落）と記載されており、刊行物３には、「【００１５】すなわち、この発明においては、非晶質等の半導体薄膜に対してレーザ光を照射して多結晶半導体を製造するにあたり、非晶質半導体等に対する脱水素化処理が簡単に行えて膜荒れのない多結晶半導体が容易に得られるようにすると共に、結晶状態が均一で、さらにキャリアの移動度等の特性に優れた多結晶半導体を短時間で簡単に製造できるようにし、更に、画像表示デバイスの特性向上を図ることを課題とするものである。」、及び「【００４０】ここで、上記のように非晶質シリコン膜２を脱水素化処理して非晶質シリコン膜２中の水素を約０．５ａｔｏｍｉｃ％にしたものにレーザ光を照射させて結晶化させた場合に、その膜荒れが減少されることを明らかにするため、上記のように脱水素化処理した非晶質シリコン膜２と、脱水素化処理しなかった非晶質シリコン膜２に対して、それぞれエネルギー密度が１００〜４００ｍＪ／ｃｍ２のレーザ光を照射させて結晶化させ、結晶化された各膜における表面粗さ（Ｒａ）を測定して各膜における膜荒れ状態を調べ、脱水素化処理したものにおける表面粗さの結果を□で、脱水素化処理しなかったものにおける表面粗さの結果を○で、図７に示した。この結果、非晶質シリコン膜２を脱水素化処理したものは脱水素化処理しなかったものに比べて膜荒れが少なくなっており、特に照射するレーザ光のエネルギー密度が高くなるに連れてその差が顕著になっていた。」と記載されており、図７には、脱水素化処理の有無にかかわらず、レーザ光のエネルギー密度が増大するにしたがい、結晶化された各膜における表面粗さが大きくなることが示されており、さらに、刊行物４には、「【００１９】そこで、この発明の目的は、表面ラフネスを低減でき、高品質な半導体薄膜およびその製造方法を提供することにある。」、及び、「【００２６】従来法でレーザー照射の出発膜として用いられている非晶質ケイ素膜は、一般的にプラズマＣＶＤ法により基板上に堆積させたものであり、膜中水素濃度は１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度と非常に高濃度である。このような膜にレーザー光を照射すると、その照射エネルギー密度に対する結晶化後のケイ素膜表面の平均面粗さＲａは、照射エネルギー密度に対して図１のＡで表されるような関係を示している。すなわち、ある照射エネル���ー密度ａより急激に表面ラフネスが大きくなり、それ以上の照射エネルギー密度では膜自身が飛散する。この原因としては、結晶化工程におけるリッジの発生に加えて、膜中水素の突沸が考えられる。　【００２７】このため、上記のプラズマＣＶＤにより得られた非晶質ケイ素膜に対して、４５０℃程度の熱処理を行って、脱水素化してからレーザー光照射を行うのが望ましい。上記熱処理後に得られたａ−Ｓｉ膜の膜中水素濃度は、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。この膜にレーザー光を照射したとき、その照射エネルギー密度に対するケイ素膜表面の平均面粗さＲａは、図１のＢのような関係を示している。すなわち、急激に表面ラフネスが大きくなる点が、照射エネルギー密度ｂで示されるように、照射エネルギー密度のより高い側にシフトし、結果としてＡに比べて、より高い照射エネルギー密度でレーザー光照射が行えるようになる。　【００２８】上記膜中水素濃度が２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のケイ素膜を出発膜としてレーザー照射した場合が、図１におけるＣである。上記Ｂに比べ、急激なケイ素膜表面ラフネスの増大が全く見られないことがわかる。明らかに、ＢからＣへの過程で大きな変化が生じていることが予想される。」と記載されており、図１には、膜中水素濃度が、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である場合、及び、膜中水素濃度が、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である場合には、結晶化後のケイ素膜表面の平均面粗さＲａは、照射エネルギー密度の増大とともに大きくなり、膜中水素濃度が２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である場合には、結晶化後のケイ素膜表面の平均面粗さＲａは、照射エネルギー密度が３００から４００［ｍＪ／ｃｍ２］の範囲をピークとして、変化することが図示されている。
　上記刊行物２ないし４の記載によれば、非晶質半導体薄膜にレーザを照射して結晶性半導体薄膜を形成する技術において、結晶性半導体薄膜は平坦であり、表面粗さが小さいこと、すなわち、表面凹凸が小さいことが望ましいことは、本願出願前において周知の技術課題であり、照射するレーザのエネルギー密度により、表面凹凸が影響を受けることも、周知の技術事項である。
（イ）刊行物１には、「【００２４】第３の工程におけるレーザーパルス照射においては、ＸｅＣｌ，ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＦなどのエキシマレーザーが用いられる。このときのレーザーエネルギー密度は２００〜５００ｍＪ／ｃｍ２に設定しており、パルス数は３０ｓｈｏｔｓ以上に設定している。」と記載されており、ＸｅＣｌのエキシマレーザーのレーザーエネルギー密度が、２００〜５００ｍＪ／ｃｍ２であっても、結晶粒が成長することが記載されている。
（ウ）そして、上記「（ア）」において検討した、刊行物２ないし４に記載された周知の技術課題を参酌すれば、刊行物１発明においても、「ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１」の表面凹凸が小さいことが望ましいことは明らかであるから、刊行物１発明において、刊行物２ないし４に記載された周知の技術事項に基づき、「エキシマレーザーエネルー密度」を、「ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１」の表面凹凸が所望の程度となる値に設定することは、当業者が容易に想到し得たことである。
（エ）また、本願明細書等には、図３とともに、「【００３４】　その結果、３００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザ光を照射した場合，１回のレーザ光照射におけるＲｍａｘは約２０ｎｍであって、この値はレーザ光の照射回数にはほとんど依存しない。また、レーザ光のエネルギー密度をあるいは５００ｍＪ／ｃｍ２と変化させた場合、表面凹凸の絶対値は増加するが、レーザ光の照射回数にはほとんど依存しないことが判明した。【００３５】　例えば４００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するレーザ光を照射した場合，１回の照射におけるＲｍａｘは５０ｎｍ程度であるが，２０回の照射ではＲｍａｘは４５ｎｍ程度である。また５００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度の場合、１回のレーザ光照射におけるＲｍａｘは７０ｎｍ程度であって、２０回照射でもＲｍａｘは６５ｎｍ程度である。」と記載されており、レーザ光のエネルギー密度が３００ｍＪ／ｃｍ２、４００ｍＪ／ｃｍ２及び５００ｍＪ／ｃｍ２である場合の表面凹凸（Ｒｍａｘ）は、それぞれ、約２０ｎｍ、５０ｎｍ程度、７０ｎｍ程度であることが記載されているが、レーザ光のエネルギー密度に対する半導体薄膜の表面凹凸（Ｒｍａｘ）の特性が、表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍの前後で急激に変化している等の臨界的意義は認められず、また、半導体薄膜の表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍ以下であることにより格別な効果を奏するとも認められない。
（オ）さらに、刊行物１発明において、「ＸｅＣｌのエキシマレーザー」の「エキシマレーザーエネルギー密度」である「３５０ｍＪ／ｃｍ２」は、本願明細書等の上記００３４段落、００３５段落及び図３によれば、表面凹凸（Ｒｍａｘ）が約２０ｎｍから５０ｎｍ程度の間となるレーザ光のエネルギー密度、すなわち、表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍ付近となるレーザ光のエネルギー密度に対応するものである。
（カ）上記「（ア）」ないし「（ウ）」において検討したとおり、刊行物１発明において、刊行物２ないし４に記載された周知の技術事項に基づき、照射エネルギー密度を、表面凹凸が所望の程度となる大きさに設定することは、当業者が容易に想到し得たことであること、上記「（エ）」及び「（オ）」において検討したとおり、半導体薄膜の表面凹凸（Ｒｍａｘ）の値を３０ｎｍ以下とすることに臨界的意義も格別な効果も認められず、刊行物１発明の「エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザー」によっても、表面凹凸は３０ｎｍ付近のものとなると認められることから、刊行物１発明において、刊行物２ないし４に記載された周知の技術事項に基づき、「エキシマレーザーエネルギー密度」を、「ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１」の表面凹凸が所望の程度となる値とし、その際、「ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１」の表面凹凸（Ｒｍａｘ）の所望の程度として３０ｎｍ以下を設定し、本願発明の如く、「前記半導体薄膜は、その表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍ以下になるエネルギー密度のレーザ照射を」「繰り返すことにより形成されたものであ」るものとすることは、当業者が容易になし得たことである。
（キ）また、刊行物４には、「【００２９】図２は、図１における照射エネルギー密度がｂ以上の大きさとなる点（具体的には照射エネルギー密度３５０ｍＪ／ｃｍ２）において、出発膜の膜中水素濃度と、レーザー照射後のケイ素膜表面の平均面粗さＲａとの関係を示している。なお、図２の横軸は出発膜の膜中水素濃度、縦軸はレーザー照射後のケイ素膜表面の平均面粗さＲａを表している。　【００３０】図２に示すように、出発膜における膜中水素濃度が減少するに従って、レーザー照射後の表面ラフネスも減少するが、膜中水素濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より小さくなったときに、表面ラフネスを表す平均面粗さＲａが急激に減少し、さらに、膜中水素濃度が２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下では、平均面粗さＲａが飽和して安定している。」とも記載されており、図２には、照射エネルギー密度３５０ｍＪ／ｃｍ２でレーザ照射を行った場合において、膜中水素濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より小さくなったときに、表面ラフネスを表す平均面粗さＲａが急激に減少し、その他の範囲では、膜中水素濃度が小さくなるとともに、平均面粗さＲａが緩やかに減少することが記載されている。
（ク）刊行物１には、「【００２９】これに対し、本発明では、前記の第１及び第２の工程において、結晶成長を阻害する要因となる酸素及び水素が十分に除去されているので、レーザーパルスのショット数が増えるに従って横方向に二次的に結晶成長が起こって結晶粒径が大きくなる。」と記載されており、刊行物１発明の「ａ−Ｓｉ膜」の水素の除去は、結晶成長を阻害する要因とならない程度に行うものと認められるが、上記「（ア）」において検討したとおり、表面凹凸が小さいことが望ましいことは、本願出願前において周知の技術課題であること、また、上記「（エ）」及び「（オ）」において検討したとおり、半導体薄膜の表面凹凸（Ｒｍａｘ）の値を３０ｎｍ以下とすることに臨界的意義も格別な効果も認められず、刊行物１発明の「エキシマレーザーエネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザー」によっても、表面凹凸は３０ｎｍ付近のものとなると認められることから、刊行物１発明において、上記「（キ）」において検討した、刊行物４に記載された技術事項に基づき、「ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１」の表面凹凸が所望の範囲内となる程度に「ａ−Ｓｉ膜」の「水素」を除去し、例えば、その表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍ以下になる程度に「ａ−Ｓｉ膜」の「水素」を除去することは、当業者が容易になし得たことである。そして、その際、「ＸｅＣｌのエキシマレーザー」の「エキシマレーザーエネルギー密度」は、「ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１」の表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍ以下になるエネルギー密度のレーザ照射に他ならないから、刊行物１発明において、刊行物４に記載された発明を適用し、本願発明の如く、「前記半導体薄膜は、その表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍ以下になるエネルギー密度のレーザ照射を」「繰り返すことにより形成されたものである」ものとすることも、当業者が容易になし得たことにすぎない。
（ケ）したがって、上記「（ア）」ないし「（カ）」において検討したとおりであるから、刊行物１発明において、刊行物２ないし４に記載された発明を適用し、または、上記「（キ）」及び「（ク）」において検討したとおり、刊行物１発明において、刊行物４に記載された発明を適用し、本願発明の如く、「前記半導体薄膜は、その表面凹凸（Ｒｍａｘ）が３０ｎｍ以下になるエネルギー密度のレーザ照射を」「繰り返すことにより形成されたものである」ものとすることは、当業者が容易になし得たことにすぎない。
　
〈相違点２−２について〉
（ア）上記「〈相違点１について〉」の「（ア）」ないし「（イ）」において検討したのと同様の理由により、刊行物１発明の「水素及び酸素が十分に除去されたａ−Ｓｉ膜に、エネルギー密度が３５０ｍＪ／ｃｍ２であるＸｅＣｌのエキシマレーザーを１２８ｓｈｏｔｓ照射する」ことにより形成された「前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１」が、本願発明の如く、「略同一の結晶学的方位を示し且つ粒界を介して隣接する少なくとも２個以上の結晶粒子のみが集合して成」るものであること、すなわち、「前記クラスタ結晶の各々が略同一結晶学方位を示す結晶粒子のみで構成される」ことは明らかである。
（イ）よって、本願発明と刊行物１発明とは、上記相違点２−２において実質的に相違するものではない。
　
　したがって、本願の請求項１に係る発明は、刊行物１ないし４に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができるものではない。　　
　　　
第５　むすび　　
　以上のとおりであるから、本願は、他の請求項について検討するまでもなく拒絶されるべきものである。　　
　よって、結論のとおり審決する。