(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流路の開口部に配置された光透過性材料の窓であって、前記流体流路に曝されている第１の側に発光体が取り付けられている窓と；
前記窓の両側のうち前記流体流路及び前記発光体と反対側に位置する光プローブであって、
前記発光体に光を照射するように構成された励起光源と；
前記光プローブを通ると共に前記窓に近い側に第１端を有する受光ガイドであって、前記励起光源による前記発光体への光照射に応答して前記第１端で受け取った光を導くように構成された受光ガイドと；
前記受光ガイドにより導かれた光を受け取るように構成されたフォトダイオードであって、前記窓から遠位側に位置する前記受光ガイドの第２端近傍で、前記受光ガイドの第１端及び第２端と軸上で一直線に配置されたフォトダイオードと；
前記フォトダイオード及び前記受光ガイドと前記軸上で一直線に配置されたプリント回路基板（ＰＣＢ）であって、前記フォトダイオードが前記ＰＣＢに結合されており、前記ＰＣＢは、受光ガイドを通じて前記フォトダイオードで受け取った前記光に基づいて前記流体流路中の流体の酸素濃度の測定値を決定するように構成された電子部品を含む、プリント回路基板（ＰＣＢ）と、
を有する光プローブと、
光キャリアと、
を備え、
前記励起光源は前記光キャリアの第１の側に位置し、前記フォトダイオード及び前記ＰＣＢは前記光キャリアの第２の側に位置しており、
前記フォトダイオードが前記ＰＣＢに直接装着されており、
前記光プローブが、前記ＰＣＢ上に基準光源を更に備える、溶存酸素センサー。
【請求項２】
前記光キャリアが第１チャンバーを含み、前記フォトダイオードが前記第１チャンバー中に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の溶存酸素センサー。
【請求項３】
前記フォトダイオードの陽極は前記ＰＣＢの第１の側に結合されており、前記フォトダイオードの陰極は前記ＰＣＢの第２の側に結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の溶存酸素センサー。
【請求項４】
前記基準光源は、前記フォトダイオードの後方を通して前記フォトダイオードに光を直接照射するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の溶存酸素センサー。
【請求項５】
前記光キャリアは、前記第１チャンバーに向かって開放された第１端を有する穴を含み、前記窓から遠位側の前記受光ガイドの第２端が前記穴内に位置していることを特徴とする、請求項４に記載の溶存酸素センサー。
【請求項６】
前記発光体は、前記励起光源による光照射に反応して赤色光を放出するように構成されており、赤色パスフィルターが、前記受光ガイドの前記第２端と前記フォトダイオードとの間で前記第１チャンバー内に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の溶存酸素センサー。
【請求項７】
光伝送ガイドが、前記窓に近い側の光伝送光源の端を通して、前記励起光源から前記発光体まで光を導くように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の溶存酸素センサー。
【請求項８】
前記励起光源は、緑色光を放出するように構成されており、緑色パスフィルターが前記励起光源と前記窓から遠位側の前記光伝送ガイドの端との間に配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の溶存酸素センサー。
【請求項９】
前記光伝送ガイドがファイバーの組を備え、前記窓に近い側の前記光伝送ガイドの前記端は、受光ガイドの前記端の周りに、前記ファイバーの組のそれぞれの端により形成されたリングを備えることを特徴とする、請求項８に記載の溶存酸素センサー。
【請求項１０】
前記流体流路を含む流路本体部を更に備える、請求項７に記載の溶存酸素センサー。
【請求項１１】
前記窓は、固定用ナットにより前記流体流路の前記開口部にシールされており、前記固定用ナットは、前記固定用ナットの外周の周りで螺合されると共に前記流路本体部にネジ留めされていることを特徴とする、請求項１０に記載の溶存酸素センサー。
【請求項１２】
前記固定用ナットは環状であり、前記光プローブのプローブ先端が前記固定用ナット内に配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載の溶存酸素センサー。
【請求項１３】
前記光伝送ガイド及び受光ガイドが、前記プローブ先端の開口部を通っていることを特徴とする、請求項１２に記載の溶存酸素センサー。
【請求項１４】
前記流路本体部は、前記流体流路の前記開口部の周りに、Ｏリングを受けるように構成された環状チャンネルを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の溶存酸素センサー。
【請求項１５】
前記窓がサファイアであることを特徴とする、請求項１４に記載の溶存酸素センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本特許出願は、２０１３年１１月１日に出願された「Ｄｅｖｉｃｅ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｔｏ  Ｍｅａｓｕｒｅ  Ｓｕｂ  Ｐａｒｔ  Ｐｅｒ  Ｂｉｌｌｉｏｎ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｉｎ  Ｌｉｑｕｉｄｓ」と題する米国仮特許出願第６１／８９８９０６；２０１３年１１月４日に出願された「Ｄｅｖｉｃｅ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｔｏ  Ｍｅａｓｕｒｅ  ｔｈｅ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｉｎ  Ｌｉｑｕｉｄ」と題する米国仮特許出願第６１／８９９６０５；及び２０１４年３月２０日に出願された「Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ａｎｄ  Ａｕｔｏ−Ｄｅｔｅｃｔ  Ｅｎｄ  Ｏｆ  Ｌｉｆｅ  Ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔａｎｃｅ」と題する米国仮特許出願第６１／９５５９６６に基づき、米国特許法第１１９条の下で優先権の利益を主張するものである。これらの仮出願はすべて、あらゆる目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
［技術分野］
本開示は、概して酸素センサーに関する。より具体的には、本開示は、溶存酸素（ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  ｏｘｙｇｅｎ：ＤＯ）センサーに関する。更に具体的には、本開示は、超高純度環境に適した高感度小型ＤＯセンサーに関する。
【背景技術】
【０００３】
酸素センサーとは、野外又は研究室における水溶液中の酸素濃度を測定する電子機器である。現在、最も普及しているタイプの酸素センサーは、野生生物に適切な環境条件を確保するために大水域の環境特性を決定するための酸素濃度測定に使用されるような電気化学センサーである。これらの電気化学センサーでは、流体中に溶解した酸素を測定するために、電極を備えるプローブを使用する。より具体的には、陰極及び陽極が電解液中に浸される。酸素が拡散により透過性膜を通ってプローブに進入して陰極で還元され、測定可能な電流が生じる。電流と酸素濃度との間で線形関係が成り立つため、当該電流値及びセンサー用の較正設定から濃度が決定され得る。
【０００４】
しかしながら、その他の環境における酸素センサーが必要とされている。特に、ＳＥＭＩ  Ｆ５７規格や食品・薬剤加工におけるＦＤＡ規格等により規定されているような超高純度環境での酸素センサーが必要とされている。この要請は様々な理由による。例えば、半導体製造工程において酸素が存在すると、何より、当該工程に関わる材料（例えば、めっき工程で使用される銅）の腐食が進むおそれがある。
【０００５】
電気機械センサーを超高純度環境に適用しようとする試みは、ほぼ不可能であることが知られている。これは、本来、野生生物にとって最小レベルの酸素濃度を確保するために川、小川、及び湖の溶存酸素量を調べるディッププローブを意図している比較的大きな金属プローブ（例えばステンレス鋼やアルミニウム）を使用する電気化学センサーを、半導体製造プロセス、食品・薬剤プロセス、その他の超高純度環境での使用に望まれるサブＰＰＢ（例えば１／１０９）の濃度の酸素を検出する用途に修正するのは極めて困難だからである。産業上の観点から見ると、こうした試みはこれまでのところ失敗に終わっている。
【０００６】
この失敗は、少なからず電気化学センサーの正に本質部分に起因する。上述の通り、電気化学センサーは金属プローブ（又は金属ハウジング）を使用するものであり、測定している流体に当該金属プローブ（又は金属ハウジング）を挿入しなければならない。これらの金属プローブ先端を例えば半導体製造プロセスのプロセス流体に挿入すると、プローブ先端が挿入されたプロセス流体を汚染することになり、このような電気化学センサーを使用することは、当該電気化学センサーを利用している材料及びプロセス並びに当該プロセスについての基準と適合しないものである。従って、電気化学センサーは、これらの超高純度環境で利用され得る腐食性の流体と共に使用することができない。言い換えれば、このような電気化学センサーの材料と超高純度環境で使用される流体との間には、超高純度環境を規定する基準の順守を妨げる、根本的な材料の不適合性が存在し得る。
【０００７】
また、電気化学センサーのプローブ先端が流体中に存在していると、流体の層流を阻害し、流体をかき立て、流体流路中にデッドレグを生じさせることになる。次いで、これらの障害は、流体を利用しているプロセスに悪影響を及ぼす、気泡や分配率変化といった好ましくない副作用を引き起こすおそれがある。これらの電気化学センサーの使用に伴う別の問題には、電気化学センサーが比較的大きな形状因子を有する場合があり、超高純度環境で時折利用される高圧流速下で使用するには適さない設計となっている場合があるという点が挙げられる。よって、多くの場合、このような電気化学センサーは、超高純度環境で時折利用される小型取付けでの使用ができず、内部のシールが不十分であることに起因する漏出又は腐食による故障が起こる確率が高い。
【０００８】
このため、超高純度環境での使用に適した酸素センサーが求められている。特に、設置面積の小さな小型酸素センサーであって超高純度環境での使用にも適したものが求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のために、本明細書では溶存酸素センサーに係る実施形態が開示される。本明細書で開示される実施形態は、流体流路の開口部に配置された光透過性材料の窓であって流路中の流体に曝されている窓の一側に発光体が取り付けられている、窓を含み得る。光プローブは、窓の流体流路に対してある角度で、軸上で、窓の両側のうち流体流路と反対側に配置され得る。光プローブは、発光体に光を照射するための励起光源と、基準光源と、を含む。受光ガイドは、発光体が励起光源により光を照射されたとき、発光体から、窓から遠位側の受光ガイドの端の近傍に位置するフォトダイオードまで、光を導くように構成されている。また、光プローブは、流路中の流体の酸素濃度の測定値を決定するように構成された電子部品を収容するプリント回路基板（ＰＣＢ）を含む。受光ガイド、フォトダイオード、及びＰＣＢは、軸上で一直線に配置され得る。ここで、いくつかの実施形態では、当該軸は、光プローブが一直線に配置されている軸と略平行であってよい。
【００１０】
これらの部品を一直線に配置することにより、感度を維持しつつ、センサーのサイズ又は占有面積を減少させることができる。特に、本明細書の各実施形態に係る溶存酸素センサーの構成要素の配置構成により、このような酸素センサーを、小型でかつ超高純度環境での使用に適したものとすることが可能となる。より具体的には、受光ガイドや、フォトダイオード、基準光源、ＰＣＢ等の光プローブの構成要素を一直線に配置することにより、センサーの占有面積を減少させることができる。また、光キャリアを使用すると、励起光源を基準光源から光学的にも電気的にも分離することが可能となる一方、光プローブを通る単一の通路の少なくとも一部を受光ガイド及び光伝送ガイドが共有することが可能となり、センサーの占有面積を小さくするか他の方法でサイズを小さくするのに貢献し得る。サイズが小さく超高純度環境に適合するセンサーを実現することにより、このようなセンサーの各実施形態は、多種多様なプロセスにおける使用に適するものとなり得る。従来のＤＯセンサーは、こうしたプロセスで利用できるものではなく、性能や保守性に関する当該プロセスのオペレーターからの要望を満たすものではなかった。
【００１１】
加えて、光プローブのどの部分も流体流路内に存在しないようにこれらの実施形態を構成することにより、層流を維持してこのようなセンサーを利用することができる環境を増やしつつ、流体流路を必要に応じて実質的に任意の直径にスケール変更することができる。また、このようなセンサーでは窓のみが流体と接触し得るため、センサーの電子部品その他の構成要素を流体の侵入から効果的にシールすることができ、腐食性で分子サイズの小さな化学物質が使用され得る厳しい環境におけるセンサーの寿命を延ばすことができる。
【００１２】
特定の実施形態では、利用される窓は、サファイアやダイアモンドといった、高い熱伝導度を示す高強度光透過性材料とすることができる。このような材料を窓に使用することにより、高いシール力を利用することができる。このようなシール力を加えるために、特定の実施形態では、環状の固定具又は固定用ナットを利用することができる。このような環状の固定用ナットは、窓より上方のセンサー本体部のネジ式壁部にネジ留めすることができるように、当該固定用ナットの外周の周りで螺合され得る。光プローブの先端は、窓から作動距離の位置に保持されるように、固定用ナットの中心に位置するか又は他の方法で配置され得る。このような固定具又は固定用ナットを使用することにより、発光体を容易に交換できるようになり（例えば、光プローブ自体の中の任意の構成要素に触ったりこれらを取り外したりする必要なく、窓を容易に取り外すことができるようになる）、このようなセンサーの現場での保守性（ｆｉｅｌｄ  ｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙ）が向上すると共に、プロセスの稼働停止時間が短縮されることにより費用が低減される。
【００１３】
このような保守性及びコスト低減の目的に関連して、センサーの各実施形態は、発光体の交換が必要なときにサインを出すことができる。特に、特定の実施形態では、発光体を交換すべきかどうかを決定するために、発光体により放出された光の強度を監視することができる。このようにして、頻繁に発光体を交換するという不必要なコストを避けつつ、溶存酸素（ＤＯ）センサーの正確な機能を維持することができる。より具体的には、発光体についてのベースライン強度が決定されてＤＯセンサーに対して記憶され得る。このベースライン強度は、使用者が決定及び設定することができる絶対値であっても較正プロセス中に決定され得る絶対値であってもよく、発光体により放出された光の最大強度を示すものとすることができる。測定サイクル中に（毎測定サイクルであってもよく、特定の条件下で実行された特定の測定サイクル等であってもよい）、発光体により放出された光の強度が決定されてこのベースライン強度と比較され得る。測定サイクル中に発光体により放出された光に対して決定された強度がいくつかのベースライン強度閾値の範囲内に含まれていない場合、警告を発することができる。この警告は、このようなＤＯセンサーを使用しているオペレーター（例えばプロセスのオペレーター）に対して、センサーの発光体の交換が必要である旨の信号を送ることができ、オペレーターは、当該警告に基づいて、プロセスを中断したり、発光体を交換したり、といった多種多様なアクションを起こすことができる。
【００１４】
このようなセンサーの各実施形態の感度又は精度を向上させるために、光プローブは、電気的クロストーク及び光学的クロストークを防ぐように特定の機能性又は構成要素を分離することができる。特に、特定の実施形態によると、光プローブは、光学スリーブ内に配置された光キャリアを含み得る。ＤＯセンサーの励起光源は光キャリアの一方の側に位置し得る。一方、基準光源、フォトダイオード、及び、発光体により放出された光をフォトダイオードへ導くように構成された受光キャリアは、これらを光キャリアの他方の側に配置するか又はこれらの構成要素を光キャリアの様々なチャンバー若しくは穴に入れることにより、励起光から分離され得る。よって、光キャリア（及び光キャリア上に設けられた部品）と光キャリアを入れる光学スリーブとの組合せは、センサーの構成要素を電気的及び光学的に隔離するのに役立つ。
【００１５】
本発明のこれらの態様及び他の態様については、以下の説明及び添付図面と併せて検討すると、より良く理解されるであろう。以下の説明では、本発明の様々な実施形態及び各実施形態について数多くの具体的な詳細が示されるが、これらは例示のためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明の範囲内で、多くの置換や修正、追加、再配置を行うことができ、本発明は、このような置換や修正、追加、再配置により得られる全形態を包含するものである。
【００１６】
添付図面と併せて以下の説明を参照することにより、本発明及びその利点をより完全に理解することができる。類似の参照番号は類似の特徴を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】溶存酸素（ＤＯ）センサーの機能の一実施形態の概略図である。
【図２】半導体プロセスにおけるＤＯセンサーの使用に関する概略図である。
【図３】ＤＯセンサーの一実施形態の概略図である。
【図４Ａ】ＤＯセンサーの概略図である。
【図４Ｂ】ＤＯセンサーの概略図である。
【図４Ｃ】ＤＯセンサーの概略図である。
【図５】ＤＯセンサーの一実施形態の一部の概略図である。
【図６Ａ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光プローブの一実施形態の概図である。
【図６Ｂ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光プローブの一実施形態の概図である。
【図６Ｃ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光プローブの一実施形態の概図である。
【図７Ａ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光学スリーブの一実施形態の概略図である。
【図７Ｂ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光学スリーブの一実施形態の概略図である。
【図７Ｃ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光学スリーブの一実施形態の概略図である。
【図８Ａ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光キャリアの一実施形態の概略図である。
【図８Ｂ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光キャリアの一実施形態の概略図である。
【図８Ｃ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光キャリアの一実施形態の概略図である。
【図８Ｄ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光キャリアの一実施形態の概略図である。
【図８Ｅ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光キャリアの一実施形態の概略図である。
【図８Ｆ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光キャリアの一実施形態の概略図である。
【図８Ｇ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光キャリアの一実施形態の概略図である。
【図８Ｈ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光キャリアの一実施形態の概略図である。
【図９】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するための光学絞りの一実施形態の概略図である。
【図１０Ａ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するためのプローブ先端の一実施形態の概略図である。
【図１０Ｂ】ＤＯセンサーの各実施形態と共に使用するためのプローブ先端の一実施形態の概略図である。
【図１１】ＤＯセンサーの各実施形態を制御するために使用される較正プロセスの一実施形態のフロー図である。
【図１２】ＤＯセンサーの各実施形態を制御するために使用される測定プロセスの一実施形態のフロー図である。
【図１３】ＤＯセンサーの各実施形態を制御するために使用される警告状態決定プロセスの一実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示並びに様々な特徴及びその有利な詳細部分について、添付図面に図示されると共に以下で詳細に説明される非限定的な実施形態を参照して、より完全な形で説明する。本開示が不必要に詳細でわかりにくいものとならないように、周知の出発材料、加工技術、構成要素、及び設備の説明は省略する。しかしながら、当業者であれば、当該詳細な説明及び具体例は、好ましい実施形態を開示するものであるが、単なる例示であって本発明を限定するものではないということを理解すべきである。本開示を読んだ当業者には、根底にある発明のコンセプトの範囲内における様々な置換や修正、追加、再配置が明らかになるであろう。例えば、本明細書に記載された実施形態は溶存酸素センサーに関するものであるが、別の実施形態では、例えば他元素又は分子（例えば二酸化炭素）に応答する発光体を使用することにより、同様に他の化学物質又は元素の濃度の測定にも利用可能であるということに留意すべきである。
【００１９】
酸素センサーに係る特定の実施形態についてより詳細に掘り下げる前に、各実施形態に係る一般的な動作及びこのような各実施形態が利用され得る文脈についての概要を説明することが有用であろう。そこで、まず図１を参照すると、光学的溶存酸素（ＤＯ）センサーに係る実施形態の基本的な動作が図示されている。光学センサーでは、酸素濃度の光学測定を行うために、蛍光光学技術を使用する。具体的には、流体の酸素濃度に依存する蛍光特性を有する化成皮膜を利用することができる。電気化学センサーで生じる測定可能な電流とは異なり、光学センサーに対する信号（蛍光）対酸素の比は線形とならない場合がある。蛍光は、酸素が存在しないときに最大となる。酸素分子（Ｏ２）が存在する場合、酸素分子が皮膜に衝突し、これによりフォトルミネッセンスがクエンチされてしまう。従って、酸素濃度が増加すると感度が低下する。これは、光物理的な分子間失活（クエンチ）過程として知られている。分子間失活とは、別の化学種が存在することにより励起状態の化学物質の減衰速度が加速し得ることをいう。蛍光及びリン光といった過程は、クエンチされ得る励起状態過程の例である。
【００２０】
ＤＯモニター１００は、流体流路１１４を通って流れる流体１１２（例えば液体又は気体）と界面で接する（ｉｎｔｅｒｆａｃｅｄ  ｗｉｔｈ）発光体１１０を含む。例えば、ＤＯセンサー１００は、流路１１４を含むハウジングを含んでもよく、他の形で、例えば物理的に結合させることにより、既存の流体流路と界面で接するか取り付けられるものとしてもよい。ＤＯセンサー１００は、発光体１１０を使用して、流路１１４を通って流れている流体１１２中に存在する酸素の濃度を測定する働きをすることができる。
【００２１】
発光体１１０は、化学物質や有機化合物等の物質中に存在するときに当該物質の光を放出する（発光する）能力を高める原子又は原子団を含む蛍光材料を利用する。図１に示すように、発光体材料１１０を備える発光（蛍光）物質は、光透過性窓１１６（例えば、高純度サファイア基板、ダイアモンド、合成ダイアモンド、ホウケイ酸塩ガラス等）に接着その他の方法で接合され、あるレベルの溶存酸素を含む流体１１２と接触している。いくつかの実施形態では、蛍光材料は、強酸や強塩基からの攻撃の影響を受けない一方で酸素が自由に拡散して発光体１１０の蛍光材料と接触することを可能にする有機薄膜又は無機薄膜（例えば、セラミックコーティング等の高性能抵抗性コーティング）でコートされる（され得る）か、又は当該薄膜と共に使用される（され得る）。これにより、湿式化学エッチング等で使用されるような腐食性の流体と共に発光体１１０を使用することができるようになる。
【００２２】
ＬＥＤ（例えば赤色、緑色、青色等）等の励起光源１３０で励起された後、発光体１１０の発光物質は発光により光を放出し、この光は、光透過性窓１１６を通して発光体１１０からの発光を受光するように配置された光検出用フォトダイオード１４０へ光学的に案内される。ＬＥＤ等の基準光源１２０は、フォトダイオード１４０により検出可能な光を放出することにより、基準信号を発生させることができる。当該基準信号は、システムエラーやディレイを排除したり、ロックイン位相検出法によりノイズを最小化して信号対ノイズ比を増加させることを可能にしたりするために使用され得る。
【００２３】
従って、測定サイクルのうち励起パート（ａｎ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｐｏｒｔｉｏｎ）中は、励起光源１３０を一定時間作動させることで、発光体１１０から放出された光がフォトダイオード１４０に受け取られ得る。フォトダイオード１４０は、この受け取った光に基づいて信号を発生させ、この信号をセンサー電子機器１５０へ伝える。センサー電子機器１５０は、ハードウェア（例えば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコントローラ、アナログ−デジタル変換器等）とソフトウェア（例えば、ファームウェア等）とを組み合わせたものを含む。これらは、フォトダイオード１４０から受け取った信号に基づいて、これに対応する信号を発生させるように構成されている。この場合、センサー電子機器１５０は、励起パート中、フォトダイオード１４０からの信号に基づいて励起信号を発生させる。この励起信号は、例えば、フォトダイオード１４０を通じて受け取った光の、励起光源１３０による光照射に反応して発光体１１０から放出された際の強度や位相に対応する。これらの強度や位相は、上述の通り、流体１１２中の酸素濃度に基づくものである。
【００２４】
測定サイクルのうち基準パート（ａ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｏｒｔｉｏｎ）中は、基準光源１２０を一定時間作動させることで、この基準光源１２０から放出された光がフォトダイオード１４０に受け取られる。フォトダイオード１４０は、基準光源１２０から受け取ったこの光に基づいて信号を発生させ、この信号をセンサー電子機器１５０へ伝える。センサー電子機器１５０は、測定サイクルのうち基準パート中、フォトダイオード１４０から受け取った信号に基づいて基準信号を発生させる。この基準信号は、例えば、フォトダイオード１４０を通じて受け取った光の、基準光源１２０から放出された際の強度や位相に対応する。
【００２５】
センサー電子機器１５０は、測定サイクルのうち励起パート中に発生した励起信号を使って、流体１１２の酸素濃度の測定値を示す信号を発生させる。具体的には、発光体１１０から放出された光の振幅又は減衰時間は、流体１１２中の溶存酸素濃度に対して逆比例の関係及び線形関係にあり得る。よって、流体１１２中の溶存酸素が発光体１１０の蛍光材料と相互作用することにより当該蛍光材料の蛍光量がクエンチされるか又は減少するため、励起信号を使用して、当該蛍光の減少に対応する減衰時間又は減衰時定数を求めることができる。
【００２６】
特に、特定の実施形態では、励起信号の位相が決定され得る。加えて、センサー電子機器１５０のディレイが、例えば、測定サイクルのうち基準パート中に決定された基準信号を使用して（例えば基準信号の位相を使用して）決定され得る。励起信号の位相を使用して、励起パート中の発光体１１０の蛍光の減衰時間を正確に決定することができる（例えば、励起パート中に励起光源１３０を作動させるために使用される信号を使用する）。この減衰時間を決定するにあたり、センサー電子機器の任意のディレイが、基準信号に基づいて決定されたディレイを使用して修正され得る。その後、流体中の酸素濃度の測定値が、発光体１１０の既知の減衰時定数と決定された減衰時間との間の関係に基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、この濃度測定値は、温度と酸素濃度との間の既知の関係を使用することにより、温度測定値を用いて更に調整され得る。温度測定値を使用して濃度を修正することにより、流体温度の過渡的な又は安定した状態変化を実質的にリアルタイムで補償することが可能となり得る。
【００２７】
上述のように、発光体１１０の発光は、酸素が基底状態から励起状態へ励起されたときクエンチされる。このクエンチ工程により、発光体１１０の減衰速度が増加し得る。従って、発光体を使用したＤＯセンサーには規則的なメンテナンスが必要である。現在で最良の方法は、時間又は動作失敗のいずれかに基づいて発光体を交換することである。しかしながら、時間に基づいて発光体を交換する場合、発光体を使用可能な寿命を必要以上に短く切り上げることになるおそれがある。また、動作失敗に基づいて発光体を交換する場合、特に、発光体の減衰によって動作失敗が起こるＤＯセンサーを高精度動作に使用するときは、リスクが大きかったり費用が嵩んだりし得る。発光体１１０が光透過性窓１１６に接着されているために費用が嵩むというわけではなく、発光体１１０及び光透過性窓１１６が単一ユニットとして製造される場合も、通常は費用が嵩むことになる。よって、交換されるのは、窓１１６及び発光体１１０の両方を含むこの単一ユニットであってもよい。
【００２８】
加えて、発光体１１０は、ＤＯセンサー１００が利用されている流体（複数可）１１２に応じて異なる速さで減衰し得る。言い換えれば、より酸素濃度が高い流体では、発光体１１０はより速く劣化し得る。従って、発光体１１０の（多くの場合、窓１１６も）頻繁かつ不必要な交換に伴う費用を低減しつつ、ＤＯセンサー１００が十分に機能するようにするために、発光体１１０をいつ交換すべきかを決定する必要がある。
【００２９】
この問題に対処するために、いくつかの実施形態では、発光体１１０の減衰の測定値が決定され得る。具体的には、特定の実施形態では、センサー電子機器１５０により励起信号強度を決定することができ、この励起信号の強度は発光体１１０からの発光強度に対応し得るものであるため、発光体１１０の減衰を反映する。次いで、この強度は、発光体１１０に関するベースライン強度（例えば、ＤＯセンサーの較正プロセス中に決定される、設定値その他の絶対強度）と比較され得る。その後、励起信号強度がいくつかのベースライン強度閾値の範囲内にあるかどうかが、センサー電子機器１５０により決定される。励起信号がベースライン強度のいくつかの閾値（例えば５０％、７５％等）の範囲内にない場合、使用者（例えば、ＤＯセンサーの操作に携わるオペレーター）に発光体１１０の交換が必要かもしれないということを知らせる警告を出すことができる。
【００３０】
次いで図２を参照すると、本明細書に開示されるようなＤＯセンサーの動作環境の一実施形態が高次的に図示されている。このような動作環境は、湿式エッチングやフォトリソグラフィー工程、めっき工程、洗浄工程といった、従来既知の半導体製造に関する半導体プロセスを含み得る。ここで、半導体プロセス２００は、ツール又はチャンバー（まとめて２０２とする）及び流体流路２１４を含み得る。当該流体通路２１４を通して、半導体プロセス２００に必要な一以上の流体が当該プロセス２００において使用されるツール又はチャンバー２０２へ提供される。半導体プロセス２００は、プロセス制御装置２３０により制御される。当該プロセス制御装置２３０は、半導体プロセス２００を制御するために使用されるデジタルハードウェア２３２（例えばプロセッサ、記憶装置、等）及びモジュール２３４（制御ルーチン、ソフトウェア等）を含み、当該制御は、例えば、半導体プロセス２００を実行するために様々なポンプやバルブ、ツール、チャンバー２０２等の操作を含む。
【００３１】
上述のように、半導体プロセス２００において利用される当該一以上の流体中に酸素が存在すると、当該プロセス２００に大きく影響し得る。よって、ＤＯセンサー２２０の各実施形態は、半導体プロセス２００において使用されている流体（例えば、流体流路２１４のうち、ＤＯセンサー２２０近傍の、又はＤＯセンサー２２０に含まれる部分の流体サンプル）中の酸素濃度を測定するために、流体流路２１４と繋ぎ合わされるか又は流体通路２１４内に投入され得ると共に、当該酸素濃度に対応する濃度信号をプロセス制御コンピュータ２３０へ送ることができる。プロセス制御コンピュータ２３０は、半導体プロセスを制御する（例えば、当該プロセス２００を停止又は変更したり、半導体プロセス２００のオペレーターに警告を送ったり、といったことが可能である）にあたり、酸素の測定値を変数として利用することができる。具体的には、特定の実施形態では、ＤＯセンサーは、二つの値（例えば０ボルトと５ボルト、４ミリアンペアと２０ミリアンペア等）の間のアナログ信号をプロセス制御部２３０へ送ることができ、プロセス制御部２３０は、較正又はその他の方法でＤＯセンサー２２０により送られた信号から酸素濃度の測定値を決定することができるように構成され得る。
【００３２】
加えて、いくつかの実施形態では、ＤＯセンサー２２０は、流路２１４中の流体の温度（例えば、ＤＯセンサー２２０により測定された流体のサンプルの温度）に対応する信号、及びＤＯセンサー２２０の発光体の交換が必要かどうかを示す警告信号をプロセス制御部２３０へ送ることができる。一実施形態では、温度信号はスケール可能なアナログ信号（例えば０ボルト〜５ボルト、４ミリアンペア〜２０ミリアンペア等））とすることができ、警告信号は２値のアナログ信号とすることができる（例えば、０ボルトを発光体の交換が必要であることを示す警告信号を表すものとし、５ボルトを「ＯＫ」の信号とすることができる）。なお、プロセス制御部２３０へ送られる信号の種類は、半導体プロセス２００のオペレーターの必要に応じたもの、又はプロセス制御部２３０の性能に応じたものとすることができ、ＤＯセンサー２２０の各実施形態では、アナログ信号若しくはデジタル信号又は必要に応じて組合せを効果的に利用することができる。
【００３３】
想像され得るとおり、このような半導体プロセス２００でＤＯセンサーを使用すると、複雑な事態となる。具体的には、上述のように、多くの場合、半導体プロセス２００において利用されている流体は高腐食性であり、同時に、半導体プロセス２００そのものも非常に汚染されやすい。よって、ＤＯセンサー２２０は、このような厳しい環境での使用に耐えると共に腐食性で分子サイズの小さな化学物質により引き起こされる劣化に耐性があるものであると同時に、一部（例えば流体と接触する部分）又は全部が、例えばＳＥＭＩ  Ｆ５７規格等で定められているような超高純度環境に準拠した、ペルフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオリド、ポリフッ化ビニリデン（ポリフッ化ジビニリデン：ＰＶＤＦ）等の非反応性のプラスチック又はポリマー材料から製造可能であることが望ましい。
【００３４】
これらの問題の他、半導体プロセス２００においてＤＯセンサーを使用することに関する更なる問題は、ＤＯセンサー２２０それ自体のサイズである。多くの場合、このような半導体プロセス２００において大きなＤＯセンサーを使用するのは（例えばパッケージ又は空間的な問題のため）実現困難である。よって、半導体プロセスで使用するためのＤＯセンサーは、このようなプロセスでの使用に必要とされるサブｐｐｂ（十億分の一）又はｐｐｍ（百万分の一）の濃度を検出できる程度に正確でありつつ、できる限り小さなものとするのが望ましい。従って、これらの種類のＤＯセンサーで必要とされる形状因子及び精度は、ＤＯセンサーの構成要素のパッケージングと同様に非常に重要とされ得る。
【００３５】
図３は、半導体プロセスにおいて使用するのに必要なレベルの感度を実現しつつ、半導体プロセスの大部分に組み込まれるほど十分に小さい、ＤＯセンサーの一実施形態のブロック図である。ＤＯセンサー３００は、例えばプラスチックから形成され得るハウジング３０２を含む。例えばプロセス制御システム等と結合させるためのコネクタ３０８は、信号（例えばアナログ信号又はデジタル信号）をプロセス制御システムへ送る。このコネクタ３０８は、例えば、ＲＳ−２３２プロトコルに従う一以上のピン又はピン配列を含み得る。
【００３６】
特定の実施形態では、ハウジング３０２は、上側部分３０６及び下側部分３０４を含み得る。上側部分３０６は、ＤＯセンサーが防水性（例えばＩＰ６７準拠）となるように、例えばガスケットを使用して、下側部分３０４に接合され得る。耐水性を向上させるために、いくつかの実施形態では、ハウジング３０２内の部品がポッティング加工等されてもよい。ハウジング３０２の下側部分３０４は、流体が流路３６０から出入りできるように配置されたポート３６２を有する流路３６０を収容する本体部を含むか、又は当該本体部に結合されている。接続具３６４は、ＤＯセンサー３００が例えば半導体プロセス等の流体流路へ（例えば直接）組み込まれ得るように、ポート３６２を他の部品に接続するものである。
【００３７】
ＤＯセンサー３００は、異なる直径の流体流路を備え得る多種多様なプロセスへ組み込まれ得るものであるので、ＤＯセンサー３００の流路３６０の各実施形態は、こうした流体通路、例えば直径が１／４インチ、３／８インチ、１／２インチ、３／４インチ、１インチ等の流体通路へ組み込むことができるように、適切な大きさとすることができる。加えて、各実施形態は、ＤＯセンサー３００を利用することができる特定の用途に適した接続具３６４を有し得る。例えば、ＦｌａｒｅｔｅｋやＰｒｉｍｅＬｏｃｋ、日本ピラー（例えばＳ３００）、その他の種類の接続具等である。
【００３８】
流路３６０は開口部を含み、当該開口部を通じて、発光体３１０が接着された光透過性窓３１６は、流路３６０中の流体が発光体３１０に直接接触するように、流路３６０中の流体に曝され得る。特定の実施形態では、発光体３１０を有機薄膜又は無機薄膜でコートすることができる。この有機薄膜又は無機薄膜は、強酸又は塩基の攻撃に対して影響を受けないか耐性を有する一方で、酸素が自由に拡散すると共に蛍光フィルム又は発光体３１０の材料と接触することが可能なものである。温度センサー３１２（例えばサーミスタや熱電対等）は、例えば接着剤その他の固定剤を使用して、流体流路３６０と反対側の窓３１６に装着され得る。
【００３９】
窓３１６は、ホウケイ酸塩ガラス、サファイア、ダイアモンド、ダイアモンドコーティングガラス、石英、方解石、キュービックジルコニウム等の光透過性誘電材料から成るものとすることができる。サファイアやダイアモンドの熱伝導率は（例えばホウケイ酸塩ガラス等と比較すると）比較的高いため、特定の実施形態では、サファイア又はダイアモンドを窓３１６に利用することにより、センサー３１２が流体の主流路３６０の外側に位置していても、温度センサー３１２の感度を向上させることができる。また、サファイアやダイアモンドの強度のために、このような窓３１６に非常に高いシール力が加わり、流体流路３６０を他の部品（例えば電子部品）から気密シールすることが可能になるため、ＤＯセンサー３００がより高圧の環境に適するものとなり得る。これにより、シール下で８０ポンド／平方インチ（ｐｏｕｎｄｓ  ｐｅｒ  ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ：ｐｓｉ）程度のライン圧力の高圧環境であってもＤＯセンサー３００を利用することが可能となる。このようなシールは、例えば、酸性又は塩基性の流体に不活性な高純度ガスケットを使用して実現することができる。大半のプロセス（例えば半導体産業におけるプロセス）では６０ｐｓｉを超えるライン圧力は利用されないため、このような実施形態は、このようなプロセスの大部分において役立つものとなり得る。
【００４０】
ハウジング３０２は、光プローブ３５０及びメインプリント回路基板（ＰＣＢ）３５２を収容する。光プローブ３５０は、窓３１６の両側のうち流路３６０と反対側に位置し、窓３１６及び発光体３１０に対してある角度で、流路３６０に対して略接線方向に一直線に配置され得る。いくつかの実施形態では、光プローブ３５０は、窓３１６及び流路に垂直な軸上に略一直線に配置され得る。光プローブ３５０は、光プローブ先端３５４が設けられたプローブスリーブ３４０（光プローブ先端３５４は、プローブスリーブ３４０と一体に形成されてもよく、プローブスリーブ３４０と別途形成されて当該プローブスリーブ３４０に固定されてもよい）、受光ガイド３５６、光キャリア３７０、光学ＰＣＢ３７２、基準ＬＥＤ３７６、フォトダイオード３７４、励起ＰＣＢ３８０上の励起ＬＥＤ３７８、及び光伝送ガイド３５８を含む。プローブスリーブ３４０を光キャリア３７０と組み合わせて使用すると、以下でより詳細に記載されるように、ＬＥＤ３７６、３７８からの光の「スリップ」（例えば光学的クロストーク）を防ぐのに有効となり得る。
【００４１】
励起ＬＥＤ３７８は、励起ＰＣＢ３８０上の励起要素と光学ＰＣＢ３７２上の検出要素等の部品との間で光学的クロストーク又は電気的クロストークが生じるのを避けるために、光学ＰＣＢ３７２とは別途、独自のＰＣＢ３８０を有する。一実施形態では、光学的クロストーク及び電気的クロストークを更に抑制するために、励起ＰＣＢ３８０及び光学ＰＣＢ３７２を光キャリア３７０の両側に配置することができ、励起ＬＥＤ３７８は（例えば励起ＰＣＢ３８０を通じて）光学ＰＣＢ３７２に結合されると共に、光学ＰＣＢ３７２上の電子部品３９０により制御されるように構成されている。これらの実施形態のいくつかでは、光キャリア３７０を円筒形状とし、光学ＰＣＢ３７２及びフォトダイオード３７４を光キャリア３７０の一方の半球上に設けると共に、励起ＰＣＢ３８０及び励起ＬＥＤ３７８を光キャリア３７０の他方の半球上に設けることができる。
【００４２】
また同様に、一実施形態では、光学ＰＣＢ３７２は、メインＰＣＢ３５２とは分離され、当該メインＰＣＢ３５２に結合されている。具体的には、いくつかの実施形態では、光学ＰＣＢ３７２はプローブスリーブ３４０内に位置し、メインＰＣＢ３５２はプローブスリーブ３４０の外側に位置している。メインＰＣＢ３５２は、電圧制御部や電力部、アナログ出力部品といった電子部品３８６を収容することができる。一方、光学ＰＣＢ３７２は、フォトダイオードフロントエンドや温度センサーフロントエンド、励起ＬＥＤ又は基準ＬＥＤのＬＥＤフロントエンド、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ又はＡＤＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）、例えば制御モジュール又は計算モジュールを含むファームウェア等のモジュールを実行するマイクロコントローラ、較正データ等のデータを含むことができる記憶装置（例えばＥＥＰＲＯＭｓ）といった電子部品３９０を収容することができる。メインＰＣＢ３５２、励起ＰＣＢ３８０、及び光学ＰＣＢ３７２に関連して本明細書に示されたＤＯセンサー３００用の全部品が単一のＰＣＢ（又は２枚のＰＣＢ等）上に収容されてもよいことは留意すべきであるが、これらの種類の各部品を別々のＰＣＢ上に分離配置することにより（また、例えば、スリーブ３４０内に光学ＰＣＢ３７２を配置することで、これらの部品を更に分離することにより）、メインＰＣＢ３５２上の部品によるクロストークが測定や光学ＰＣＢ３７２上の他の電子部品３９０に影響を及ぼすことを防ぐことができる。
【００４３】
プローブ先端３５４は開口部を有することができ、当該開口部に受光ガイド３５６及び光伝送ガイド３５８を通すことができる。受光ガイド３５６は、光（例えば発光体３１０により放出されたもの）をフォトダイオード３７４へ導くように構成され得る。受光ガイド３５６は、例えば、フォトダイオード３７４と（例えば軸上で）一直線に配置された単一の円筒状ポリマーファイバーであってよい。光伝送ガイド３５８は、例えば、発光体３１０を励起その他の方法で光を照射するために、励起ＬＥＤ３７８からの光をプローブ先端３５４の開口部へ導くように構成され得る。光伝送ガイド３５８は、例えば、一以上のファイバーの束（受光ガイド３５６より直径が小さいものであってよい）とすることができる。一実施形態では、受光ガイド３５６及び光伝送ガイド３５８は、プローブ先端３５４の同一の開口部に通すことができ、光伝送ガイドを備える当該ファイバーの束は、受光ガイド３５６の外周の周りに光照射リングを形成する。
【００４４】
フォトダイオード３７４は光学ＰＣＢ３７２に結合され得る。光学ＰＣＢ３７２の電子部品３９０は、フォトダイオード用フロントエンド（例えばフォトダイオード３７４用の陽極及び陰極）を含み得る。一実施形態では、電子部品３９０は、光学ＰＣＢ３７２の一方の側にフォトダイオード３７４用の陽極（即ち接続部）を、ＰＣＢ３７２の他方の側にフォトダイオード３７４用の陰極（接続部）を含み得る。この配置により、フォトダイオード３７４を、より光学ＰＣＢ３７２に近い位置において軸上で当該光学ＰＣＢ３７２に装着することが可能となり、これにより、光学ＰＣＢ３７２とフォトダイオード３７４とを組み合わせた全体の長さを抑えることができる。よって、いくつかの実施形態では、フォトダイオード３７４及びＰＣＢ３７２は、同軸上に略一直線に配置され得る。ここで、当該軸は、実質的に光プローブ３５０自体の配列の軸（例えば、窓３１６及び流路３６０に略垂直な軸）であってよい。基準ＬＥＤ３７６も光学ＰＣＢ３７２上に装着されてよく、一実施形態では、基準ＬＥＤ３７６は、フォトダイオード３７４（フォトダイオード３７４は少なくとも部分的に透明なものとすることができる）の後方に装着することができ、このため（例えば、フォトダイオード３７４が、受光ガイド３５６を通ってきた光ではなく基準ＬＥＤ３７６から直接放出された光を検出することができるように）フォトダイオード３７４に光を直接照射することが可能である。このような光照射は、開口部その他の手段により制限され得る。
【００４５】
特定の実施形態では、一以上の光学フィルター又は光学フィルターの組合せを利用して、光学的クロストークを防ぐと共に蛍光検出能を向上させることができる。利用されるフィルターの数及び種類は、励起ＬＥＤ３７８（例えば励起ＬＥＤ３７８の色）又は発光体３１０の化学的性質（例えば発光体３１０により放出された光の波長）に応じて決定され得る。なお、本明細書で開示される実施形態において利用されるＬＥＤの各実施形態は、必要に応じてほぼ任意の色（例えば赤色、青色、緑色等）とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、発光体３１０は、実質的に赤色の波長の光を発するように選択することができ、励起ＬＥＤ３７８は、約５２５ｎｍの実質的に緑色の波長で光度が約８００ミリカンデラ（ｍｃｄ）の光を発するように選ぶことができる。このような実施形態では、励起ＬＥＤ３７８の前方で緑色フィルターを利用することにより、発光体３１０を励起させるために必要な緑色の波長の光のみが光伝送ガイド３５８により導かれるようにすることができる。同様に、受光ガイド３５６とフォトダイオード３７４との間で赤色フィルターを利用することにより、発光体３１０により放出された赤色光のみが（例えば受光ガイド３５６を通って）フォトダイオード３７４に受け取られるようにすることができる。
【００４６】
特定の実施形態が動作すると、制御装置を実行する制御モジュール等の電子部品３９０により、測定サイクルが実行され得る。特定の実施形態では、当該測定サイクルは例えば１秒オーダーである。一実施形態では、測定サイクルは、二つの部分、即ち励起パート及び基準パートを含む。ここで、いくつかの実施形態では、それぞれの部分は測定サイクルの半分程度であってよい。測定サイクルは上記より長くても短くてもよく、一つの部分（例えば励起パート）のみを有してもよく、異なる長さの複数部分を有してもよいということは明らかであろう。
【００４７】
測定サイクルのうち励起パート中、電子部品３９０は、励起ＬＥＤ３７８を制御すると共に、励起ＬＥＤ３７８による光照射に反応して発光体３１０（流路３６０中の流体と接触している）から放出された光の位相又は強度に対応する励起信号を決定することができる。具体的には、励起パート中、電子部品３９０は、特定周波数（一実施形態では約１６ＫＨｚ）で、励起ＬＥＤ３７８を操作することができる。励起パート中に励起ＬＥＤ３７８が作動する（例えば発光する）たび、励起ＬＥＤ３７８により放出された光は、励起ＬＥＤ３７８から光伝送ガイド３５８を通って導かれ、プローブ先端３５４の開口部を通り、光透過性窓３１６を通って発光体３１０に光を照射する。この光照射に反応して発光体３１０が発光し、流路３６０の流体中に酸素が存在していることによりクエンチされる。発光体３１０により放出された当該光は、窓３１６を通過して受光ガイド３５６に受け取られる。受光ガイド３５６で当該光はフォトダイオード３７４へ導かれ、フォトダイオード３７４は、この受け取られた光に反応して信号を発生させる。
【００４８】
この信号は電子部品３９０に受け取られ、電子部品３９０は、フォトダイオード３７４からの信号に基づいて励起信号を発生させる。この励起信号は、例えば、フォトダイオード３７４を通じて受け取られた光の、発光体３１０により放出された際の強度又は位相に対応する。このような一実施形態では、最終的な励起信号は、測定サイクルのうち励起パート中に励起ＬＥＤ３７８が作動するたびに発生する励起信号を使用して決定され得る。この最終的な励起信号は、例えば、励起パート中に励起ＬＥＤ３７８が作動するたびに発生した励起信号の平均であり得る。
【００４９】
加えて、一実施形態では、励起パート中に、電子部品３９０は、温度センサー３１２から一以上の信号を受け取ることができる。受け取られたこの信号は、流路３６０中の流体の温度の測定値を決定するために、電子部品３９０により（例えば変調器やピーク検出器等を使用して）処理され得る。なお、当該温度測定値は、測定サイクル中の任意の時点で決定することができる。
【００５０】
次いで、測定サイクルのうち基準パート中には、電子部品３９０は、特定周波数（一実施形態では、励起ＬＥＤ３７８が測定パートで作動していたのと同じ周波数である約１６ＫＨｚであってよい）で基準ＬＥＤ３７６を作動させることができる。基準パート中に基準ＬＥＤ３７６が作動する（例えば発光する）たびに、基準ＬＥＤ３７６により放出された光がフォトダイオード３７４に（例えば、光学ＰＣＢ３７２に近接して装着されたフォトダイオード３７４の後部を通じて）直接受け取られ得る。フォトダイオード３７４は、この受け取った光に反応して信号を発生させる。
【００５１】
この信号を電子部品３９０が受け取り、電子部品３９０は、フォトダイオード３７４からの当該信号に基づいて基準信号を発生させる。この基準信号は、例えば、フォトダイオード３７４を通じて受け取られた光の、基準ＬＥＤ３７６により放出された際の強度又は位相に対応する。このような一実施形態では、最終的な基準信号は、測定サイクルのうち基準パート中に基準ＬＥＤ３７６が作動するたびに発生する基準信号を使用して決定され得る。この最終的な基準信号は、例えば、基準パート中に基準ＬＥＤ３７６が作動するたびに発生した基準信号の平均であり得る。
【００５２】
その後、電子部品３９０は、測定サイクルのうち励起パート中に発生した励起信号を使用して、流路３６０中の流体の酸素濃度の測定値を示す信号を発生させる。具体的には、発光体３１０により放出された光の減衰時間が、流体中の溶存酸素濃度に対して反比例の関係及び線形関係となり得る。よって、流体中の溶存酸素が発光体３１０の蛍光材料と相互作用することにより当該蛍光材料の蛍光量がクエンチされるか又は減少するため、励起信号を使用して、当該蛍光の減少に対応する減衰時間又は減衰時定数を求めることができる。
【００５３】
特に、特定の実施形態では、励起信号の位相が決定され得る。加えて、センサー電子機器（例えば光学ＰＣＢ３７２中の電子機器）のディレイは、測定サイクルのうち基準パート中に決定された基準信号（例えば基準信号の位相）を使用して説明され（ａｃｃｏｕｎｔｅｄ  ｆｏｒ）得る。電子部品３９０は、基準ＬＥＤ３７６（例えば周波数１６ＫＨｚ）を変調する信号を発生させる責を負う部分であると共に、基準ＬＥＤ３７６からの光がフォトダイオード３７４で受け取られたとき、フォトダイオード３７４からの信号を受け取るものである。このため、励起信号の位相と基準信号の位相との違いは、電子部品３９０（及び、場合によっては他の部品も）のディレイ又はＤＯセンサー３００の温度感受性等に関連する。よって、基準信号（例えば基準信号の位相）を使用することにより、例えば電子部品３９０のディレイや温度感受性等に起因する励起信号の任意の位相シフトを取り除くように励起信号を調節することができる。修正された励起信号の位相を使用することにより、励起パート中の発光体３１０の蛍光の減衰時間を（例えば、測定サイクルのうち励起パート中の変調信号と、励起信号（例えば最終的な励起信号）との間の位相差を決定することにより）正確に決定することができる。次いで、発光体３１０の既知の減衰時定数と決定された減衰時間との関係に基づいて、流体中の酸素濃度の測定値を決定することができる。この測定値は、例えば、電子部品３９０（例えばＥＥＰＲＯＭ等）に記憶されたセンサー用較正データを使用して決定され得る。
【００５４】
いくつかの実施形態では、この濃度の測定値は、励起パート中又は測定サイクル中の他のパート中に温度と液体中の酸素濃度との間の既知の関係を用いて決定された温度の値を使用して、更に調節することができる。温度測定値を使用して修正を行うことにより、流体温度の過渡的な又は安定した状態変化を実質的にリアルタイムで補償することが可能となり得る。当該測定値は、電子部品３９０（例えばＥＥＰＲＯＭ等）に記憶された温度較正データを使用して補償され得る。ここで、当該較正データは、酸素が存在していない状態（例えば純窒素）及び大気中におけるある温度で得られたゼロ点較正データを含む。
【００５５】
加えて、電子部品３９０は、発光体３１０の状態を示す、測定サイクル中の警告状態を決定することができる。ここで、電子部品３９０の較正データは、発光体３１０の公称（ｎｏｍｉｎａｌ）蛍光強度を含み得る。この公称強度は、ＤＯセンサー３００の較正中（例えば、大気下でＤＯセンサー３００を較正するとき）に決定してもよく、望ましい強度の絶対値としてもよく、その他の方法により決定してもよい。電子部品３９０は、励起パート中に発生した励起信号強度を較正中に決定された公称蛍光強度と比較し、励起信号強度が、較正中に決定された公称強度のいくつかの閾値（例えば５０％、２０％等）の範囲内か範囲外かを決定することができる。この閾値は、例えば、較正中に使用者が変更可能なものであってよい。励起信号強度が公称強度のいくつかの閾値の範囲外である場合、発光体３１０の交換が必要であることを示す警告フラグが設定され得る。なお、場合によっては、警告状態は、測定サイクルごとに決定されなくてもよく、プロセス制御装置等により特定されたときにのみ決定されてもよい。
【００５６】
その後、電子部品３９０は、酸素濃度の測定値、温度、又は警告状態を示す信号をメインＰＣＢ３５２に送ることができる。次いで、メインＰＣＢ３５２の電子部品３８８は、酸素濃度、温度、又は警告状態についての対応する信号（フォーマット（例えばアナログかデジタルかに関して）は同じであっても異なってもよく、スケール等が異なっていてもよい）を、コネクタ３０８を通じて送る。
【００５７】
図４Ａ〜４Ｃは、上述のようなＤＯセンサーの一実施形態の分解図を図示する。図示された構成要素は例示のものであり、他の実施形態では、図示された各構成要素を使用してもしなくてもよく、使用する構成要素の数が増減してもよく、構成要素の機能性を組み合わせてもよい、といったことは明らかであろう。ＤＯセンサー４００は、プラスチック等から形成され得る上部ハウジング４０２と、上部ハウジング４０２と同一又は類似の材料から形成され得る下部ハウジング４０６と、を含む。ネジやワッシャー等を使用して継合され得る上部ハウジング４０２と下部ハウジング４０６との間で、ガスケット４０４が使用され得る。加えて、Ｔｕｒｃｋ１２ピンコネクタ等のコネクタ４１０が上部ハウジング４０２に接合され得る。メインＰＣＢ４５２は、ワイヤ類がメインＰＣＢ４５２からコネクタ４１０まで上部ハウジング４０２を通って延在し得るように、少なくとも部分的に上部ハウジング４０２内に位置し得る。
【００５８】
上述のような流体流路を収容する流路本体部４０８は、ＰＴＦＥ又は類似のＳＥＭＩ５７準拠の材料から形成され得ると共に、例えばネジ４３２及びワッシャーを使用して本体部４０８の底部に接合された装着プレート４１２を有し得る。流路本体部４０８の頂部は、流路本体部４０８内の流路への開口部４１４を有し得る。
【００５９】
光プローブ４４０は、少なくとも部分的に下部ハウジング４０６中に保持され得る。下部ハウジング４０６は、流路本体部４０８内の流路への開口部４１４に封着された光学窓４２６から作動距離に光プローブ４４０の先端が位置するように、流路本体部４０８に接合され得る。この作動距離は、光が光学窓を通り抜けて光プローブ４４０の先端を通じて受け取られ得るように、光プローブの先端と光学窓４２６との間の空隙（ａｉｒ  ｇａｐ）であってよい。一実施形態では、このような作動距離は、例えば約０．０４５インチであってよい。具体的には、Ｏリング４２０、発光体４２４、窓４２６（例えば、サファイア等）、ＰＶＤＦ等で作られ得る固定具４２８及び固定用ナット４３０、並びにＶｉｔｏｎ等から形成され得るＯリング４４２が、下部ハウジング４０６を流路本体部４０８に接合するのに使用され得る。
【００６０】
一実施形態では、流路本体部４０８は、開口部４１４の周りに流路まで続くレッジを有し得る。当該レッジは、環状Ｏリング４２０を受容するように構成されている。発光体４２４は窓４２６と接着することができ、発光体４２４と窓４２６との組合せは、発光体４２４が流路本体部４０８の流路中の流体と接触するように、固定具４２８及び固定用ナット４３０を利用してシールされる。一実施形態では、開口部４１４付近の流路本体部４０８の外周と固定用ナット４３０とを共に螺合させることができるため、固定用ナット４３０を必要な圧力まで締めるかトルクを与えることにより必要なシール力を窓４２６に加えることができる。
【００６１】
光プローブ４４０の先端を光透過性窓４２６から所望の作動距離に配置することができるように、固定具４２８及び固定用ナット４３０の両方を環状とすることができる。いくつかの実施形態では、固定具４２８は、固定用ナット４３０より内周を小さくすることができる。これにより、固定具４２８は、光プローブ４４０の先端の一部が保持されるか他の態様で接触し得る棚部を形成することができる。ハウジングの下側部４０６は、Ｏリング４４２を使用して流路本体部４０８に封着され得る。具体的には、特定の実施形態において、下部ハウジング４０６は、装着プレート４１２を流路本体部４０８に固定する同一のネジ４３２を使用して流路本体部４０８に接合され得るため、ネジ４３２を所望の値まで締めるかトルクを与えることにより、流路本体部４０８と下側部４０６との間のＯリング４４２に所望のシール力を加えることができる。言い換えれば、いくつかの実施形態では、流路本体部４０８はネジ４３２用の貫通孔を有し得る一方、下部ハウジング４０６はネジ４３２を受けるためのネジ穴を有し得る。
【００６２】
固定具４２８、固定用ナット４３０、分離窓４２６、及び発光体４２４を使用する場合、メンテナンス又は保守性に関して多数の利点が存在し得る。具体的には、上述のとおり、発光体４２４は、時間の経過と共に、また流路本体部４０８の流路を通って流れる流体中の酸素に曝されることにより、劣化し得る。実際、このような流体中の酸素濃度が高いほど劣化速度は速くなる。よって、発光体４２４は、ＤＯセンサーが適切に動作するように、約１〜２年ごとに交換する必要があるのが通常である。
【００６３】
過去、この発光体の交換にあたり、少なくとも二つの主要な障害が存在した。一つは、発光体を交換すべき時期を決定するのが非常に困難であったという点である。上述のとおり、また更に後述するように、開示されるＤＯセンサーの各実施形態は、発光体を交換すべき時期を示す警告信号を発することができる。プロセスのオペレーターに発光体の交換が必要な時期を正確に知らせることにより、プロセスの精度を維持すると共に費用の無駄遣いを避けることができる。
【００６４】
もう一つの主要な障害は、発光体自体の交換性であった。多くの場合、発光体は、永久的なＤＯセンサーのセットに固定されたものであったため、交換が不可能であった。また、交換可能な場合であっても、容易かつ単純に行えるものではなかった。ここで、固定具４２８、固定用ナット４３０、分離窓４２６、及び発光体４２４を使用する場合、流体漏出を防ぐと共にＳＥＭＩ５７又はＩＰ６７に準拠するように、十分なシール力を窓に与えつつ、一方で窓４２６又は発光体４２４（一実施形態では、これらは一体として交換されても同時に交換されてもよい）が容易に交換できるようになることにより、ＤＯセンサーの現場での保守性の向上が可能となる。特に、下部ハウジング４０６を流路本体部４０８から容易に分離することができ、固定用ナット４３０を（例えばレンチ等を使用して）容易に取り外すことができるため、窓４２６又は発光体４２４（あるいは、上述のとおり、両方を一体として）へのアクセス及びこれらの交換が可能となる。交換する時間が短縮されると共に現場でのＤＯセンサーの保守作業が可能となることにより、プロセスの稼働停止時間は著しく短縮される。
【００６５】
次いで図５を参照すると、ＤＯセンサーの一実施形態の下部ハウジングと流路本体部との接続部の一実施形態の拡大断面図が図示されている。繰り返しになるが、図示された構成要素は例示のものであり、他の実施形態では、図示された各構成要素を使用してもしなくてもよく、使用する構成要素の数が増減してもよく、構成要素の機能性を組み合わせてもよい、といったことは明らかであろう。特に、下部ハウジング５５０は、流路本体部５１０の開口部内に収まるように適合された下側部分５５２（例えば円形であってよい）を含む。この開口部はリップ５６０（開口部の周りで環状であってよい）を有し得る。その結果、下部ハウジング５５０の下側部分５５２とリップ５６０とは互いに接触するように適合される。Ｏリング５６２は、下部ハウジングの下側部分５５２と流路本体部５１０との接続部をシールする役割を果たすことができる。
【００６６】
流路本体部５１０は、上述のとおり、流体流路５１２を収容する。流体流路５１２は「Ｔ」（ボウルとも呼ぶ）５１４を含み、これにより、流路５１２中の流体を流路本体部５１０の開口部５１６に曝すことが可能になる。ここで、開口部５１６の外周は約０．２５インチであり、深さは０．２インチである。流路本体部５１０は、開口部５１６の周りに環状チャンネル５５６を含む。ここで、当該チャンネルの底部はボウル５１４の頂部よりも下方に位置する。Ｏリング５１８は、圧迫されていない状態で、Ｏリング５１８の頂部が、流路本体部５１０のうちチャンネル５１６の内壁を含む部分より上方に位置するか又は当該部分と水平位置にあるように、チャンネル５１６に位置し得る。発光体５２４は窓５２６に接着することができ、発光体５２４と窓５２６との組合せは、発光体５２４がボウル５１４の開口部５１６で流路５１２中の流体と接触するように、開口部５１６に配置されると共に固定具５２８及び固定用ナット５３０を利用してシールされる。具体的には、流路本体部５１０の内壁のうち開口部５１６より上方の部分は、固定用ナット５３０の外周と螺合する。よって、固定用ナット５３０は、固定具５２８を通じて発光体５２４に所望のシール力を加えるように締め付けられ得る。このシール力は、Ｏリング５１８を圧迫すると共に、液体（又は当該液体の分子）が流体流路５１２から漏出し得ないように気密シールを形成する役割を果たす。
【００６７】
光プローブ５５８の先端５３６は、先端の各部分の周長が異なるように段状にすることができる。先端５３６の一段は、窓５２６から作動距離に位置するように固定具５２８に接触し得る。一方、先端５３６の別の段は固定用ナット５３０と接触し得る。一実施形態では、先端５３６は、圧迫部５４０（例えばシリコンやゴム等から形成されたもの）用の受け部を含み、当該圧迫部５４０は、流体流路５１２と反対側で窓５２６に接着された温度センサー５４２を圧迫することができるものである。先端５３６は、温度センサー５４２から光プローブ５５８の電子部品へワイヤを通すための一以上の孔部（図示せず）を有することもできる。光伝送ガイド及び受光ガイドの端は、先端５３６において開口部に通すことができる。一実施形態では、光伝送ガイド又は受光ガイドは、光伝送ガイド又は受光ガイドを取り囲む先端で、光学スリーブに収容され得る。
【００６８】
次いで、図６Ａ〜６Ｃを参照すると、上述されたようなＤＯセンサーで利用することができる光プローブの一実施形態の分解図が図示されている。本明細書に示された他の実施形態と同様に、図示された構成要素は例示のものであり、他の実施形態では、図示された各構成要素を使用してもしなくてもよく、使用する構成要素の数が増減してもよく、構成要素の機能性を組み合わせてもよい、といったことは明らかであろう。光プローブ６００は、プローブ先端６０２に接合されたスリーブ６８０を含む。光キャリア６０４はスリーブ６８０内に位置する。光キャリア６０４は略円筒状である。光キャリア６０４の一方の面又は半球には、励起ＬＥＤを含む励起ＰＣＢ６４２を受けるように適合された窪み部（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）が存在する。励起ＰＣＢ６４２は、例えばネジ、接着剤その他の固定手段を使用して、光キャリア６０４に固定され得る。光伝送ガイド６４４は、光伝送スリーブ６１８内に配置すると共に、プローブ先端６０２の中心に位置する略円形の開口部に通すことができる。光学フィルター６１２（例えば、上述のような緑色フィルター等）は、励起ＰＣＢ６４２上の励起ＬＥＤと光学スリーブ６１８との間で光キャリア６０４に固定され得る。光キャリア６０４のこの側には、例えば、励起ＰＣＢ６４２から光学ＰＣＢ６０６へ、又は温度センサー（図示せず）から光学ＰＣＢ６０６へワイヤ６２６を通すためのチャンネルを設けてもよい。光キャリア６０４のこの側の一部６７０は、仕切り及び光学ＰＣＢ６０６の装着点として機能する障壁を形成し得る。この部分６７０は、光キャリア６０４の外周の一部の周りの壁部であってよい。
【００６９】
光キャリア６０４の他側には光キャリア６０４を通る円筒穴が設けられており、受光ガイド６６４は、この円筒穴とプローブ先端６０２の中心に位置する開口部とを通る。特定の実施形態では、受光ガイドのうち円筒穴内に位置していない部分は、光学スリーブに入れることができる。上述のとおり、いくつかの実施形態では、光伝送ガイド６４４及び受光ガイド６６４は、プローブ先端６０２の同一の孔部に通すことができ、このとき光伝送ガイド６４４は、光照射リング等を形成するように受光ガイド６６４の周囲に配置されている。受光ガイド６６４は、例えば、直径２ｍｍの１本の光ファイバーとすることができ、光伝送ガイド６４４は直径０．５ｍｍのファイバーの束（例えば１０〜１５本）とすることができる。
【００７０】
フォトダイオード６１０は、フォトダイオード６１０の陽極及び陰極を光学絞り６０８の一以上の孔部に通すことにより、基準ＬＥＤを含む光学ＰＣＢ６０６に装着される。光学絞り６０８は、光学ＰＣＢ６０６上の基準ＬＥＤにより放出された光が通る孔部であって、当該孔部を通った当該光がフォトダイオード６１０に直接当たることができる孔部を含んでもよい。このような孔部は、上記のようにフォトダイオード６１０に当たる光を制限する開口部として機能してもよい。光学ＰＣＢ６０６は、フォトダイオード６１０を光キャリア６０４の円筒穴に配置することができるように、光キャリア６０４の一部６７０に固定され得る。一実施形態では、ホットミラー６１４の両側のフィルター６１６は、フォトダイオード６１０と、受光ガイド６６４の両端のうちプローブ先端６０２の開口部から遠位側の端との間で、円筒穴に配置することができる。
【００７１】
光キャリア６０４は、光学ＰＣＢ６０６、励起ＰＣＢ６４２、及び光キャリア６０４に装着されるか他の態様で光キャリア６０４を通る全部品と共に、プローブスリーブ６８０中に配置することができ、プローブ先端６０２は、例えば接着剤等を使用して、プローブスリーブ６８０の端に固定され得る。加えて、温度センサーを圧迫するための圧迫部６７６が、プローブ先端６０２の受け部に固定され得る。
【００７２】
次いで、上述のようなＤＯセンサーの各実施形態の特定の構成要素についてより具体的な実施形態を見ていくのが有用であろう。図７〜１０に図示された構成要素の各実施形態は、ＤＯセンサー（例えば上部ハウジング、下部ハウジング、及び流路本体部の組合せ）に適合するように適切な大きさとすることができる。例えば、高さが（例えば、上部ハウジング、下部ハウジング、及び流路本体部の組合せで）約５．７５インチ、ハウジング（例えば上部ハウジング及び下部ハウジング）の大きさは約１．７５インチである。寸法はすべて概算値であり、特定の実施形態にのみ適用されるものであることは明らかであろう。他の実施形態では、寸法の異なる同じ構成要素を使用してもよく、このような構成要素を使用しなくてもよく、構成要素の数が増減してもよく、その他の変更点があってもよい。
【００７３】
この点を考慮して、図７Ａ〜７Ｃには、ＤＯセンサーと共に使用するための光プローブ用のスリーブの一実施形態が図示されており、図８Ａ〜８Ｈには、図７Ａ〜７Ｃのスリーブと共に使用するための光キャリアの一実施形態が図示されている。図を参照すると、光キャリア８００はチャンバー８０２を含み、光学ＰＣＢが光キャリア８００の一部８０４に固定されるとき、光学ＰＣＢ上に装着されたフォトダイオードは当該チャンバー８０２に位置し得る。このような配置構成では、穴８０６が受光ガイド又はその一部に収容することができ、これにより、受光ガイドの両端のうちＤＯセンサーの窓から遠位側の端をチャンバー８０２中のフォトダイオードの近くに配置することができる。凹部８０８は、励起ＬＥＤが穴８１０に収容された光伝送ガイドに光を照射するように、励起ＰＣＢを収容可能に設計され得る。光キャリア８００の壁部８１２は、光学ＰＣＢ、フォトダイオード、及び受光ガイドを励起ＰＣＢ、励起ＬＥＤ、及び光伝送ガイドから分離するものであるので、光キャリア８００は、このような光キャリアを利用するＤＯセンサーにおける光学的クロストーク及び電気的クロストークの両方を著しく抑制するという働きをする。
【００７４】
図９には、フォトダイオードと光学ＰＣＢとの間で利用することができる光学絞り９００の一実施形態が図示されている。図を参照すると、光学絞りには、光学ＰＣＢを保持するための三つの突起９０２と三つの貫通孔９０４とが設けられている。二つの貫通孔９０４ａ、９０４ｂは、フォトダイオードの陽極及び陰極を通すためのものであってよく、当該陽極及び陰極は、突起９０２により保持される光学ＰＣＢの反対側に半田付けその他の方法で取り付けられ得る。第３の貫通孔９０４ｃは、フォトダイオードが半田付けされた光学ＰＣＢ上に装着された基準ＬＥＤが、フォトダイオードに後方から光を照射することを可能にするのに加え、このような光照射を制限することもできる。
【００７５】
図１０Ａ及び１０Ｂには、プローブ先端１０００の一実施形態が図示されている。図を参照すると、プローブ先端１０００には、光伝送ガイド及び受光ガイドを通すことができる貫通孔１００２が設けられている。プローブ先端１０００には、ＤＯセンサーの窓に接着された温度センサーからのワイヤを通すことができる一以上の貫通孔１００４を設けてもよい。加えて、プローブ先端１０００には凹部１００６を設けることができ、当該凹部１００６には、圧迫部（例えばゴム又はシリコンから成るもの）が窓に接着された温度センサーを圧迫するように配置され得る。
【００７６】
次いで、本明細書に示すような実施形態を理解するには、本明細書に記載されたようなＤＯセンサーの各実施形態の較正又は作動方法について議論するのが有用であろう。このような方法は、上述のようなＤＯセンサーの電子部品（例えば、ハードウェア、ソフトウェア、又はいくつかの組合せ）を使用して実行され得る。図１１には、ＤＯセンサーの較正の一実施形態が図示されている。ステップ１１１０では、ゼロ点較正を実行することができる。このような較正においては、例えば純窒素環境でＤＯセンサーを較正することにより、センサーを実質的に無酸素の環境で較正する。当該ゼロ点較正は、既知の値の温度で行われ得るものであり、このような環境下でのセンサーに関連する出力値を決定、調節、又は設定するために使用される。
【００７７】
ステップ１１２０では、１００％較正を実行することができる。このステップでは、温度を既知の温度値に保持すると共にセンサーを大気に曝すことができる。いくつかの実施形態では、安定な酸素レベルを確立することができるように、ＤＯセンサーを少なくとも３０分間大気に曝すことができる。当該１００％較正は、既知の温度値で行われ、このような環境下でのセンサーに関連する出力値を決定、調節、又は設定するために使用される。例えば、このような較正により、測定サイクル中に測定される温度を、温度と酸素濃度との関係に基づいて酸素濃度の測定を補償するか他の態様で調節するために使用することが可能となる。
【００７８】
加えて、特定の実施形態では、１００％較正中に、ＤＯセンサーの発光体の蛍光強度値を決定することができる。この蛍光強度値は、例えば、較正プロセス中に発光体から受け取った光の強度の最大値や、発光体が複数回発光する間に発光体から受け取った光の最大強度の平均等とすることができる。この蛍光強度値はＤＯセンサー（例えばＥＥＰＲＯＭ等）に記憶され得る。
【００７９】
一実施形態では、ＤＯセンサーを利用する予定の流体が存在している状態で（例えば、半導体プロセスの設置等において）、当該ＤＯセンサーを較正することも可能である。よって、いくつかの実施形態では、蛍光強度値は、特定の流体の存在下でＤＯセンサーの較正を実行することにより決定され、特定のプロセス流体についての蛍光強度値が決定され得る。
【００８０】
図１２には、本明細書に記載されるようなＤＯセンサーの各実施形態により実行することができるように、流路中の流体の酸素濃度の決定を実行する方法の一実施形態が図示されている。測定サイクルは、励起パート１２１０及び基準パート１２５０を含み得る。特定の実施形態では、例えば、測定サイクルは１秒のオーダーであってよく、いくつかの実施形態では、各パートが測定サイクルの半分程度であってよい。測定サイクルの長さが増減してもよく、測定サイクルが一方のパート（例えば励起パート）のみを含むものであってもよく、長さの異なる複数のパートを含んでもよい、といったことは明らかであろう。
【００８１】
測定サイクルの励起パート１２１０中のステップ１２１２では、励起ＬＥＤが作動する。一実施形態では、励起ＬＥＤは、特定の周波数（一実施形態では約１６ＫＨｚとすることができる）で（例えばオンオフ式又はパルス式に）作動する。励起パート１２１０中に励起ＬＥＤが作動する（例えば発光する）たび、励起ＬＥＤにより放出された光は、励起ＬＥＤから光伝送ガイドを通って導かれ、プローブ先端の開口部を通り、ＤＯセンサーの発光体に光を照射する。この光照射に反応して発光体が発光し、流路の流体中に酸素が存在していることによりクエンチされる。発光体により放出された当該光は、ステップ１２１４でフォトダイオードに受け取られる。フォトダイオードは、この受け取られた光に反応して信号を発生させる。次いで、ステップ１２１６で、フォトダイオードからの信号に基づいて励起信号が発生する。この励起信号は、例えば、フォトダイオードを通じて受け取られた光の、発光体により放出された際の強度又は位相に対応する。最終的な励起信号は、ステップ１２１８で、測定サイクルのうち励起パート１２１０中に励起ＬＥＤが作動するたびに発生する励起信号を使用して決定され得る。この最終的な励起信号は、例えば、測定サイクルのうち励起パート１２１０中に（ステップ１２１６で）励起ＬＥＤが作動するたびに発生した励起信号の平均であり得る。
【００８２】
次いで、測定サイクルのうち基準パート１２５０中には、ステップ１２５２で、特定周波数（一実施形態では、励起ＬＥＤが励起パート１２１０で作動していたのと同じ周波数である約１６ＫＨｚであってよい）で基準ＬＥＤを作動させることができる。基準パート１２５０中に基準ＬＥＤが作動する（例えば発光する）たびに、基準ＬＥＤにより放出された光が、ステップ１２５４で、フォトダイオードに直接受け取られ得る。フォトダイオードは、この受け取った光に反応して信号を発生させる。
【００８３】
ステップ１２５６では、フォトダイオードからの当該信号に基づいて基準信号が発生する。この基準信号は、例えば、フォトダイオードを通じて受け取られた光の、基準ＬＥＤにより放出された際の強度又は位相に対応する。最終的な基準信号は、ステップ１２５８で、基準サイクルのうち基準パート１２５０中に基準ＬＥＤが作動するたびに発生する基準信号を使用して決定され得る。この最終的な基準信号は、例えば、基準ＬＥＤが作動するたびに発生した基準信号の平均であり得る。
【００８４】
加えて、ステップ１２６０では、測定サイクル中のいくつかの時点（励起パート中でも、基準パート中でも、励起パートと基準パートとの間でも、励起パート及び基準パートの後でもよく、測定サイクル中の複数点で取得された複数の温度測定値の平均等でもよい）で、ＤＯセンサーの流路中の流体の温度が、温度センサーから受け取った信号に基づいて決定される。
【００８５】
流体中の酸素濃度の測定値は、ステップ１２７０で、最終励起信号、最終基準信号、及び温度に基づいて決定され得る。具体的には、流体中の溶存酸素が発光体の蛍光材料と相互作用することにより当該蛍光材料の蛍光量がクエンチされるか又は減少するため、最終励起信号を使用して、当該蛍光の減少に対応する減衰時間又は減衰時定数を求めることができる。特に、最終励起信号の位相を決定することができ、また、センサー電子機器のディレイが、測定サイクルのうち基準パート中に決定された最終基準信号（例えば最終基準信号の位相）を使用して説明され得る。修正された最終励起信号の位相を使用することにより、励起パート中の発光体の蛍光の減衰時間を正確に決定することができる。次いで、利用している発光体の既知の減衰時定数と決定された減衰時間との関係に基づいて、流体中の酸素濃度の測定値を決定することができる。この測定値は、例えば記憶された較正データ（例えば較正プロセスで決定されたようなもの）を使用して決定され得る。この濃度の測定値は、温度と酸素濃度との間の既知の関係を用いて（例えばステップ１２６０で）決定された温度の値を使用して、更に調節することができる。
【００８６】
加えて、いくつかの実施形態では、ステップ１２８０において、測定サイクル中の発光体の状態を示す警告状態が決定され得る。ここで、電子部品の較正データは発光体の基準蛍光強度を含み得る。この基準強度は、ＤＯセンサー３００の較正中等に決定された具体的な値であってよい。この基準強度を励起パート中に発生した最終励起信号強度と比較することにより、励起信号強度が、較正中に決定された基準強度のいくつかの閾値（例えば５０％、２０％等）の範囲内かどうかを決定することができる。この閾値は、例えば、較正中に製造者や使用者が変更可能なものであってよい。最終励起信号強度が基準強度の閾値（例えば基準強度の５０％）の範囲内に含まれない場合、発光体の交換が必要であることを示す警告フラグが設定されるか又は警告信号が送信されるようにすることができる。なお、場合によっては、警告状態は、測定サイクルごとに決定されなくてもよく、測定サイクル中には決定されなくてもよく、プロセス制御装置等により特定されたときにのみ決定されてもよい。
【００８７】
次いで、ステップ１２９０では、ＤＯセンサーにより、少なくとも酸素濃度の測定値を示す信号が発せられ得る。この信号は、ＤＯセンサーを利用しているプロセスを制御するため、又は他の多種多様な機能を実現するために使用され得る。加えて、ステップ１２９０では、ＤＯセンサーにより、測定された温度又は警告状態を示す信号が発せられてもよい。
【００８８】
既に簡単に説明したが、警告状態は測定サイクルと同時に決定されなくてもよい。よって、いくつかの実施形態では、発光体試験サイクルは、測定サイクルとは別途実行することができる。特に発光体についての基準強度が大気中の較正プロセスで決定された場合、発光体試験サイクルは別途大気中で実行するのが望ましい場合がある。よって、このような発光体試験サイクルを実行する前に、ＤＯセンサーが大気中に戻されるか、大気中に開放され得る。あるいは、このような発光体試験サイクルは、プロセス中であって大気が流体流路に導入されている間等に実行され得る。よって、特定の実施形態では、このような発光体試験サイクルが大気存在下で実行される上述のような測定サイクルと実質的に同一であってよいということは明らかであろう。
【００８９】
発光体の交換についての警告状態を決定するために試験サイクルを実行する方法の一実施形態が図１３に図示されている。この場合、試験サイクルを実行するために、まずステップ１３１０で、励起ＬＥＤが作動することにより励起信号が発生する。なお、この励起信号は、このような励起信号についての本明細書中の他の記載と実質的に同様に発生させることができる。ステップ１３２０では、発光体の状態を示す警告状態が決定され得る。上述のとおり、較正データは、別途特定され得る基準強度又は基準強度を含んでよい。この基準強度を励起信号強度と比較することにより、励起信号強度が較正中に決定された基準強度のいくつかの閾値の範囲内かどうかを決定することができる。励起信号強度が基準強度の閾値（例えば基準強度の５０％）の範囲内に含まれない場合、発光体の交換が必要であることを示すステップ１３３０で、警告フラグが設定されるか又は警告信号が送られ得る。
【００９０】
本明細書に記載された各実施形態は、ソフトウェア若しくはハードウェア又はこれらの組合せにおける制御論理の形で実装することができる。当該制御論理は、様々な実施形態において開示されたステップの組を実行するように情報処理デバイスに指示するように適合された多数の命令として、コンピュータ可読媒体等の情報記憶媒体に記憶させることができる。当業者であれば、本明細書による開示及び教示に基づいて、本発明を実施する別の方法及び／又は手法を理解するであろう。
【００９１】
本明細書で使用する場合、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」「有する（ｈａｓ）」「有する（ｈａｖｉｎｇ）」といった語又はその他の派生語は、非排他的な包含（ｎｏｎ−ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ  ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ）をカバーするよう意図されたものである。例えば、列挙された各要素を備える方法、物、物品、又は装置といった場合、これは必ずしもそれらの要素のみを含むものに限定されるわけではなく、明示的に列挙されていない他の要素やこのような方法、物、物品、又は装置に固有の要素を含んでもよい。
【００９２】
「コンピュータ可読媒体」とは、命令実行システム、装置、システム、若しくはデバイスにより使用するか、又は命令実行システム、装置、システム、若しくはデバイスに接続して使用するためのプログラムを含み、記憶し、通信し、伝搬させ、又は移送することができる任意の媒体であってよい。コンピュータ可読媒体は、非限定的な例として、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外線式、又は半導体のシステム、装置、システム、デバイス、伝搬媒体、又はコンピュータメモリであってよい。このようなコンピュータ可読媒体は、一般に機械可読であり、ソフトウェアプログラミング又はコードを含む。当該ソフトウェアプログラミング又はコードは、人間が読めるもの（例えばソースコード）又は機械が読めるもの（例えばオブジェクトコード）であってよい。
【００９３】
「プロセッサ」との語は、データ、信号その他の情報を処理する任意のハードウェアシステム、機構、又は構成要素を含む。プロセッサは、汎用中央処理ユニットや多重処理ユニット、機能性を実現するための専用回路等を有するシステム、その他のシステムを含み得る。処理に地理的な位置による制限や時間的な制限をかける必要はない。例えば、プロセッサがその機能を実行するのは「リアルタイム、」でも、「オフライン」でも「バッチモード」でもその他の態様でもよい。処理の一部は、別々の時間に別々の場所で別々の（又は同一の）処理システムにより実行され得る。
【００９４】
図面／図に示された一以上の要素は、より独立した形であってもよく、より一体的であってもよく、特定の場合は取り除いたり操作不可能にしたりすることもでき、これは特定の用途において有用であるということも理解されよう。加えて、図面／図の任意の信号矢印は、別段の具体的な記載がない限り、限定的なものではなく、単なる例示と考えるべきである。
【００９５】
更に、本明細書中の「又は」との語は、別段の記載がなければ、一般に「及び／又は」の意味を意図するものである。本明細書で使用する場合、「ａ」又は「ａｎ」（及び、先の基礎が「ａ」又は「ａｎ」である場合の「ｔｈｅ」）を冠する語は、そうした語の単数形及び複数形の両方を含む（即ち、「ａ」又は「ａｎ」は、単数形のみ又は複数形のみを明示するものではない）。また、本明細書の説明で使用する場合、「ｉｎ」との語は、別段の明示的記載がなければ、「ｉｎ」及び「ｏｎ」の意味を含む。
【００９６】
本明細書では、利点その他のメリット及び課題の解決手段について、具体的な実施形態に関して説明した。しかしながら、利点、メリット、課題の解決手段、及び、任意の利点、メリット、又は解決手段を生じさせるか又はこれらをより顕著なものとすることができる一以上の任意の構成要素は、重要な特徴若しくは要素、望ましい特徴若しくは要素、又は本質的な特徴若しくは要素と解釈すべきではない。
【符号の説明】
【００９７】
１００  溶存酸素センサー（ＤＯセンサー）
１１０  発光体
１１２  流体
１１４  流体流路
１１６  光透過性窓
１２０  基準光源
１３０  励起光源
１４０  フォトダイオード
１５０  センサー電子機器
２００  半導体プロセス
２０２  チャンバー
２１４  流体流路
２２０  センサー
２３０  プロセス制御部
２３２  デジタルハードウェア
２３４  モジュール
３００  センサー
３０２  ハウジング
３０４  下側部分
３０６  上側部分
３０８  コネクタ
３１０  発光体
３１２  温度センサー
３１６  光透過性窓
３４０  プローブスリーブ
３５０  光プローブ
３５２  メインプリント回路基板（ＰＣＢ）
３５４  プローブ先端
３５６  受光ガイド
３５８  光伝送ガイド
３６０  流体流路
３６２  ポート
３６４  接続具
３７０  光キャリア
３７４  フォトダイオード
３８６、３８８、３９０  電子部品
４００  センサー
４０２  上部ハウジング
４０４  ガスケット
４０６  下部ハウジング
４０８  流路本体部
４１０  コネクタ
４１２  装着プレート
４１４  開口部
４２０  リング
４２４  発光体
４２６  光透過性窓
４２８  固定具
４３０  固定用ナット
４３２  ネジ
４４０  光プローブ
４４２  リング
５１０  流路本体部
５１２  流体流路
５１４  ボウル
５１６  開口部
５１８  リング
５２４  発光体
５２６  窓
５２８  固定具
５３０  固定用ナット
５３６  先端
５４０  圧迫部
５４２  温度センサー
５５０  下部ハウジング
５５２  下側部分
５５６  環状チャンネル
５５８  光プローブ
５６０  リップ
５６２  リング
６００  光プローブ
６０２  プローブ先端
６０４  光キャリア
６１０  フォトダイオード
６１２  光学フィルター
６１４  ホットミラー
６１６  フィルター
６１８  光学スリーブ
６２６  ワイヤ
６４４  光伝送ガイド
６６４  受光ガイド
６７６  圧迫部
６８０  プローブスリーブ
８００  光キャリア
８０２  チャンバー
８０６  穴
８０８  凹部
８１０  穴
８１２  壁部
９０２  突起
９０４  貫通孔
１０００  プローブ先端
１００２、１００４  貫通孔
１００６  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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