(57)【要約】【課題】  落射照明プリズムを通過する光の最大開口数ＮＡを０.１以上にする場合でも、落射照明プリズムで反射した後の直線偏光の振動方向の乱れを確実に低減できる落射照明部品および測定装置を提供する。【解決手段】  最大開口数が０.１以上の集光光を出射する第１の光学素子１１,１２と、集光光を直線偏光ＬＡに変換する第２の光学素子１３と、直線偏光の一部を反射すると共に、該直線偏光のｓ偏光成分の反射率とｐ偏光成分の反射率とが等しい第３の光学素子１４とを備える。【選択図】      図２
2006178198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大開口数が０.１以上の集光光を出射する第１の光学素子と、
前記集光光を直線偏光に変換する第２の光学素子と、
前記直線偏光の一部を反射すると共に、該直線偏光のｓ偏光成分の反射率とｐ偏光成分の反射率とが等しい第３の光学素子とを備えた
ことを特徴とする落射照明部品。
【請求項２】
請求項１に記載の落射照明部品において、
前記第３の光学素子は、２つのプリズム部材と、該プリズム部材の間に形成された反射透過膜とを含み、該反射透過膜の光学特性に応じて前記直線偏光の一部を反射し、
前記光学特性は、前記ｓ偏光成分の反射率と前記ｐ偏光成分の反射率とが等しく、
前記プリズム部材は、前記集光光の波長に対する光弾性定数が０.１(１０-8ｃｍ2/Ｎ)以下のガラス材料からなる
ことを特徴とする落射照明部品。
【請求項３】
請求項１に記載の落射照明部品において、
前記第３の光学素子は、２つのプリズム部材と、該プリズム部材の間に形成された反射透過膜とを含み、該反射透過膜の光学特性に応じて前記直線偏光の一部を反射し、
前記光学特性は、前記ｓ偏光成分の反射率と前記ｐ偏光成分の反射率とが等しく、
前記プリズム部材は、前記反射透過膜を透過した不要な光の経路上に位置する面の法線が、前記第１の光学素子の光軸に対して傾けられる
ことを特徴とする落射照明部品。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の落射照明部品と、
前記第３の光学素子の物体側に配置され、対物レンズと１/４波長板とを含む光学系と、
前記第３の光学素子の像側に、前記第２の光学素子に対してクロスニコル状態で配置された検光子とを備えた
ことを特徴とする測定装置。                                                                        
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の測定検査や観察に用いられる落射照明部品および測定装置に関し、特に、ニッポウディスクを用いた共焦点光学系による測定検査や観察に好適な落射照明部品および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
落射照明によって物体の測定検査や観察を行う装置では、結像系のレンズ面などで反射した不要な光に起因するフレアー量を低減し、Ｓ/Ｎ比を向上させるために、落射照明プリズムとして偏光ビームスプリッタを用い、偏光ビームスプリッタの物体側に１/４波長板を配置する（例えば特許文献１を参照）。
偏光ビームスプリッタは、その反射透過面において、光源側からの照明光のうちｓ偏光成分をほぼ１００％反射し、ｐ偏光成分をほぼ１００％透過する。ｓ偏光成分とは、その進行方向を含むと共に反射透過面の法線に平行な仮想平面（以下「入射面」）に対して、電気ベクトルの振動方向が直交するような直線偏光である。ｐ偏光成分とは、その振動方向が入射面内に含まれる直線偏光である。
【０００３】
光源側からの照明光のうち、光軸上の光は、偏光ビームスプリッタの反射透過面に入射すると、ｓ偏光成分（以下「第１の直線偏光」）が反射される。第１の直線偏光は、１/４波長板を介して円偏光となり、物体を照明する。そして、このとき物体から発生した反射光（円偏光）は、再び１/４波長板を介して直線偏光（以下「第２の直線偏光」）となり、偏光ビームスプリッタに入射する。
【０００４】
直線偏光は１/４波長板を２回透過すると振動方向が９０°回転するため、第２の直線偏光の振動方向は、第１の直線偏光の振動方向に対して垂直となる。したがって、第２の直線偏光は、偏光ビームスプリッタの反射透過面にｐ偏光成分として入射し、偏光ビームスプリッタを透過して像面に入射する。
これに対し、第１の直線偏光が１/４波長板に向かう間に結像系のレンズ面などで一部反射すると、その不要な光（以下「第３の直線偏光」）は、１/４波長板を透過することなく偏光ビームスプリッタに戻り、その反射透過面にｓ偏光成分として入射する。このため、第３の直線偏光は、偏光ビームスプリッタで反射（つまり遮断）され、像面に入射することはない。
【０００５】
なお、偏光ビームスプリッタを通過する光の最大開口数ＮＡは、一般に０.０１以下であり、大きくても０.０３である。このため、光源側からの照明光のうち、光軸外の光も、上記の光軸上の光と同様に考えることができる。したがって、偏光ビームスプリッタを用い、その物体側に１/４波長板を配置することにより、フレアー量を低減してＳ/Ｎ比を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００１−８３４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、近年、物体の測定検査や観察のエリアを拡大し、その広いエリアを一括で高分解能結像するために、偏光ビームスプリッタを通過する光の最大開口数ＮＡを０.１以上にすることが望まれるようになってきた。
開口数ＮＡの大きな光は、光軸に対して斜めに進行して偏光ビームスプリッタの反射透過面に入射する。そして、開口数ＮＡの大きな光でも、そのｓ偏光成分のみが反射され、第１の直線偏光となる。
【０００７】
また、開口数ＮＡの大きな光のうち、光軸上の光の入射面（以下「基準入射面」）内で進行する光は、その入射面が基準入射面と一致する。このため、偏光ビームスプリッタで反射した後の第１の直線偏光の振動方向が、光軸上の光に起因する第１の直線偏光の振動方向に平行となる。
しかし、開口数ＮＡの大きな光のうち、基準入射面に対して斜めに進行する光は、その入射面が基準入射面に対して傾くことになる。このため、偏光ビームスプリッタで反射した後の第１の直線偏光の振動方向が、光軸上の光に起因する第１の直線偏光の振動方向に対して斜めを向いてしまう。
【０００８】
このような振動方向の乱れがある場合、第１の直線偏光が１/４波長板に向かう間に結像系のレンズ面などで一部反射すると、その不要な光（第３の直線偏光）は、偏光ビームスプリッタの反射透過面にｓ偏光成分およびｐ偏光成分として入射する。このうち、ｓ偏光成分は、上記と同様、偏光ビームスプリッタで遮断される。しかし、ｐ偏光成分は、偏光ビームスプリッタを透過して像面に入射してしまう。
【０００９】
したがって、偏光ビームスプリッタを用い、その物体側に１/４波長板を配置する場合には、偏光ビームスプリッタを通過する光の最大開口数ＮＡが大きくなる（例えばＮＡ≧０.１になる）と、第１の直線偏光の振動方向の乱れに起因して、第３の直線偏光にｐ偏光成分が現れ、フレアー量を充分に低減することが困難となる。ここで、偏光ビームスプリッタのｓ偏光成分の反射率を９９.９％、ｐ偏光成分の反射率を１％とし、簡単なシミュレーションを行うと、振動方向の乱れの割合は１/７００程度となる。
【００１０】
本発明の目的は、落射照明プリズムを通過する光の最大開口数ＮＡを０.１以上にする場合でも、落射照明プリズムで反射した後の直線偏光の振動方向の乱れを確実に低減できる落射照明部品および測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の落射照明部品は、最大開口数が０.１以上の集光光を出射する第１の光学素子と、前記集光光を直線偏光に変換する第２の光学素子と、前記直線偏光の一部を反射すると共に、該直線偏光のｓ偏光成分の反射率とｐ偏光成分の反射率とが等しい第３の光学素子とを備えたものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の落射照明部品において、前記第３の光学素子は、２つのプリズム部材と、該プリズム部材の間に形成された反射透過膜とを含み、該反射透過膜の光学特性に応じて前記直線偏光の一部を反射し、前記光学特性は、前記ｓ偏光成分の反射率と前記ｐ偏光成分の反射率とが等しく、前記プリズム部材は、前記集光光の波長に対する光弾性定数が０.１(１０-8ｃｍ2/Ｎ)以下のガラス材料からなるものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の落射照明部品において、前記第３の光学素子は、２つのプリズム部材と、該プリズム部材の間に形成された反射透過膜とを含み、該反射透過膜の光学特性に応じて前記直線偏光の一部を反射し、前記光学特性は、前記ｓ偏光成分の反射率と前記ｐ偏光成分の反射率とが等しく、前記プリズム部材は、前記反射透過膜を透過した不要な光の経路上に位置する面の法線が、前記第１の光学素子の光軸に対して傾けられるものである。
【００１３】
請求項４に記載の測定装置は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の落射照明部品と、前記第３の光学素子の物体側に配置され、対物レンズと１/４波長板とを含む光学系と、前記第３の光学素子の像側に、前記第２の光学素子に対してクロスニコル状態で配置された検光子とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、落射照明プリズムを通過する光の最大開口数ＮＡを０.１以上にする場合でも、落射照明プリズムで反射した後の直線偏光の振動方向の乱れを確実に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
ここでは、本実施形態の落射照明部品１０について、図１に示す測定装置２０を例に説明する。測定装置２０は、物体２０Ａの測定検査や観察を行う装置であり、その際、物体２０Ａの広いエリアを一括で高分解能結像するものである。ちなみに、物体２０Ａは、不透明な被検物（例えば半導体ウエハなど）である。
【００１６】
測定装置２０には、落射照明部品１０の他に、光源２１と、共焦点光学系(２２〜２６)と、１/４波長板２７と、検光子２８と、撮像装置２９とが設けられる。共焦点光学系(２２〜２６)は、物体２０Ａの側から順に、第１の対物レンズ２２と、第２の対物レンズ２３と、ニッポウディスク２４と、第１のリレーレンズ２５と、第２のリレーレンズ２６とで構成される。落射照明部品１０は、光源２１の後段で、ニッポウディスク２４とリレーレンズ２５との間に配置される。１/４波長板２７は、物体２０Ａと対物レンズ２２との間に配置される。検光子２８は、リレーレンズ２５,２６の間に配置される。
【００１７】
落射照明部品１０は、図２に示す通り、光源２１の側から順に、レンズ１１と、開口絞り１２と、偏光子１３と、落射照明プリズム１４とで構成される。このうち、レンズ１１と開口絞り１２は、総じて、請求項の「第１の光学素子」に対応する。偏光子１３は、請求項の「第２の光学素子」に対応する。落射照明プリズム１４は、請求項の「第３の光学素子」に対応する。
【００１８】
このように、測定装置２０では、落射照明によって物体２０Ａの測定検査や観察を行う際に、結像系(つまり対物レンズ２２,２３)のレンズ面やニッポウディスク２４の上面などで反射した不要な光に起因するフレアー量を低減し、Ｓ/Ｎ比を向上させるために、落射照明プリズム１４の物体側に１/４波長板２７を配置して、落射照明プリズム１４の光源側と像側にクロスニコル状態の偏光素子(つまり偏光子１３と検光子２８)を配置する。
【００１９】
光源側の偏光子１３と像側の検光子２８とは、その透過軸の方位が直交するように配置される。測定装置２０の対物レンズ２２,２３と１/４波長板は、総じて請求項の「光学系」に対応し、落射照明プリズム１４の物体側に配置される。
さらに、本実施形態では、落射照明プリズム１４が、いわゆるハーフプリズムであり、２つのプリズム部材４Ａ,４Ｂと、プリズム部材４Ａ,４Ｂの間に形成された反射透過膜４Ｃとで構成される。反射透過膜４Ｃの光学特性は、入射光のｓ偏光成分とｐ偏光成分を同じ比率で反射するような特性であり、ｓ偏光成分の反射率ＲSとｐ偏光成分の反射率ＲPとが等しい。例えば、本実施形態では、反射率ＲSを４８％、反射率ＲPを４８％とする。
【００２０】
本実施形態の落射照明部品１０において、光源２１からの光は、レンズ１１と開口絞り１２とを介して最大開口数ＮＡが０.１の集光光となり、偏光子１３に向けて出射される。集光光の最大開口数ＮＡは、レンズ１１の焦点距離をｆ、開口絞り１２の絞り径をφとし、ＮＡ＝φ/(２ｆ) によって表される。最大開口数ＮＡ（＝０.１）を従来装置と比べて大きくすることにより、物体２０Ａの広いエリアを一括で高分解能結像することが可能となる。
【００２１】
偏光子１３では、開口絞り１２からの集光光を直線偏光ＬＡに変換し、落射照明プリズム１４に向けて出射する。偏光子１３の透過軸の方位は図２の紙面に垂直であり、この透過軸に応じて直線偏光ＬＡを出射する。このため、偏光子１３から出射される直線偏光ＬＡの電気(または磁気)ベクトルの振動方向も、図２の紙面に垂直となる。このような振動方向は、直線偏光ＬＡのうち、光軸上の光Ｌ0でも光軸外の光Ｌ1でも同じである。
【００２２】
偏光子１３からの直線偏光ＬＡは、落射照明プリズム１４の一方のプリズム部材４Ａから入射する。プリズム部材４Ａの光入射面Ｓ4Aの法線は、レンズ１１の光軸に対して平行である。プリズム部材４Ａに入射した直線偏光ＬＡは、これを透過した後、反射透過膜４Ｃに入射する。反射透過膜４Ｃの法線は、図２の紙面に平行であり、レンズ１１の光軸に対して４５度の角度に傾けられている。
【００２３】
反射透過膜４Ｃに入射する際、直線偏光ＬＡの振動方向は、上記の通り、光軸上の光Ｌ0でも光軸外の光Ｌ1でも、図２の紙面に垂直となっている。この様子を図３(ａ)に示す。図３(ａ)は、レンズ１１の光軸に沿って光入射面Ｓ4Aの側から反射透過面４Ｃを見たときの直線偏光ＬＡの振動方向を、紙面に平行な左右方向の矢印で示したものである。
図３(ａ)の左右方向は、図２の紙面に垂直な方向に対応する。図３(ａ)の円周３０上の矢印は、直線偏光ＬＡのうち光軸外の光Ｌ1の振動方向である。円周３０の中心付近の矢印は、直線偏光ＬＡのうち光軸上の光Ｌ0の振動方向である。図３(ａ)からも分かるように、反射透過膜４Ｃに入射する際の振動方向は、各光線ごとに一方向に揃っている。
【００２４】
そして、直線偏光ＬＡのうち光軸上の光Ｌ0は、反射透過膜４Ｃに入射する際の入射面Ｓ0（光Ｌ0の進行方向を含むと共に反射透過膜４Ｃの法線に平行な仮想平面）が、図３(ａ)の紙面に垂直（図２の紙面に平行）であり、この入射面Ｓ0に対して振動方向が直交している。したがって、光軸上の光Ｌ0は、反射透過膜４Ｃにｓ偏光成分として入射する。以下、光軸上の光Ｌ0の入射面Ｓ0を「基準入射面Ｓ0」という。
【００２５】
また、直線偏光ＬＡのうち光軸外の光Ｌ1であって、且つ、上記の基準入射面Ｓ0内で進行する光（図３(ａ)の光Ｌ1(α1),Ｌ1(α2)など）は、開口数ＮＡの大小に拘わらず、その入射面が基準入射面Ｓ0と一致し、上記の光軸上の光Ｌ0と同様、入射面に対して振動方向が直交している。したがって、光軸外の光Ｌ1であって、基準入射面Ｓ0内で進行する光（図３(ａ)の光Ｌ1(α1),Ｌ1(α2)など）は、反射透過膜４Ｃにｓ偏光成分として入射する。
【００２６】
さらに、直線偏光ＬＡのうち光軸外の光Ｌ1であって、且つ、基準入射面Ｓ0に対して斜めに進行する光（図３(ａ)の光Ｌ1(β1),Ｌ1(β2),Ｌ1(β3)など）は、開口数ＮＡの大小に拘わらず、その入射面が基準入射面Ｓ0に対して傾くことになる。このため、基準入射面Ｓ0に対して斜めに進行する光（図３(ａ)の光Ｌ1(β1),Ｌ1(β2),Ｌ1(β3)など）の場合には、入射面に対して振動方向が直交しない。したがって、反射透過膜４Ｃには、ｓ偏光成分およびｐ偏光成分として入射する。
【００２７】
ここで、基準入射面Ｓ0に対して斜めに進行する光（例えば光Ｌ1(β2)）の入射面Ｓ1と振動方向とを図４(ａ)に示す。図４(ａ)には、基準入射面Ｓ0と、基準入射面Ｓ0内で進行する光（例えば光Ｌ1(α2)）の振動方向も示した。図４(ａ)の紙面に平行な左右方向の矢印が、光Ｌ1(β2),Ｌ1(α2)の振動方向である。入射面Ｓ1と基準入射面Ｓ0は、図４(ａ)の紙面に垂直である。図４(ａ)は、図３(ａ)の下方から見た図に相当する。
【００２８】
図４(ａ)から分かるように、基準入射面Ｓ0内で進行する光（例えば光Ｌ1(α2)）には、その入射面に垂直な振動方向の成分（つまりｓ偏光成分）しか含まれない。しかし、基準入射面Ｓ0に対して斜めに進行する光（例えば光Ｌ1(β2)）には、その入射面Ｓ1に垂直な振動方向の成分（図４(ｂ)のｓ偏光成分）だけでなく、入射面Ｓ1に平行な振動方向の成分（図４(ｂ)のｐ偏光成分）も含まれる。なお、このようなｐ偏光成分の大きさは、基準入射面Ｓ0に対する入射面Ｓ1の傾きが大きいほど（開口数ＮＡの大きい光ほど）増大する。
【００２９】
本実施形態では、上記のようにして落射照明プリズム１４（図２）の反射透過面４Ｃに入射した直線偏光ＬＡの一部が、反射透過膜４Ｃの光学特性（ＲS＝ＲP）に応じて反射される。具体的には、直線偏光ＬＡのうちｓ偏光成分が反射率ＲSに応じて反射され、ｐ偏光成分がｓ偏光成分の反射率ＲSと同じ反射率ＲPに応じて反射される。
直線偏光ＬＡのうち、基準入射面Ｓ0内で進行する光（例えば図４(ａ)の光Ｌ1(α2)）は、その全てがｓ偏光成分であるため、反射率ＲSに応じて反射する。この場合、ｓ偏光成分の振動方向がそのまま反射後まで保存され、光の強度が反射率ＲSに応じて減少する。したがって、反射透過膜４Ｃで反射した後の直線偏光ＬＢ（図２）の振動方向は、反射前の振動方向（図２の紙面に垂直な方向）に平行となる。
【００３０】
さらに、直線偏光ＬＡのうち、基準入射面Ｓ0に対して斜めに進行する光（例えば図４の光Ｌ1(β2)）は、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分けられ（図４(ｂ)参照）、それぞれ対応する反射率（ＲS＝ＲP）に応じて反射する。この場合、ｓ偏光成分の強度ＩSは反射率ＲSに応じて減少し、強度ＩS×ＲSとなる（図５(ａ),(ｂ)）。同様に、ｐ偏光成分の強度ＩPは反射率ＲPに応じて減少し、強度ＩP×ＲPとなる。反射率ＲS,ＲPが等しいため、各偏光成分の強度比は反射前と同じである。
【００３１】
また、各偏光成分の振動方向は反射後まで保存され、強度ＩS×ＲSのｓ偏光成分と強度ＩP×ＲPのｐ偏光成分とを合成した光（図５(ｂ)の紙面に平行な左右方向の矢印に相当）が、反射透過膜４Ｃ（図２）で反射した後の直線偏光ＬＢとなる。本実施形態では、反射透過膜４Ｃの光学特性が“ＲS＝ＲP”であり、各偏光成分の強度比が反射前後で変わらないため、直線偏光ＬＢの振動方向は、反射前の振動方向（図２の紙面に垂直な方向）に平行となる。
【００３２】
このように、本実施形態では、落射照明プリズム１４の反射透過面４Ｃで反射した後の直線偏光ＬＢの振動方向が、直線偏光ＬＢのうち光軸上の光Ｌ0でも光軸外の光Ｌ1でも等しく、図２の紙面に垂直となる。この様子（図３(ｂ)）は、上記した反射前の振動方向の様子（図３(ａ)）と同様であり、反射後の振動方向も各光線ごとに一方向に揃っている。
ここで比較のために、落射照明プリズム１４の代わりに従来装置の偏光ビームスプリッタ（例えばＲS＝９９.９％，ＲP＝１％）を用い、その場合の反射後の直線偏光ＬＢの振動方向を図６に示す。従来装置では、直線偏光ＬＢのうち、光軸外の光Ｌ1の振動方向が、光軸上の光Ｌ0の振動方向に対して斜めを向いてしまう。すなわち、反射後の直線偏光ＬＢの周辺部ほど、その振動方向が乱れてしまう。
【００３３】
しかし、本実施形態の落射照明部品１０では、落射照明プリズム１４としてハーフプリズム（例えばＲS＝４８％，ＲP＝４８％）を用いるため、落射照明プリズム１４を通過する直線偏光ＬＡの最大開口数ＮＡを大きくする（ＮＡ＝０.１にする）場合でも、落射照明プリズム１４で反射した後の直線偏光ＬＢの振動方向の乱れを確実に低減し、図３(ｂ)に示す通り一方向に揃えることができる。なお、ＲS＝ＲP＝４８％とし、簡単なシミュレーションを行うと、直線偏光ＬＢの振動方向の乱れの割合は１/１００００以下となる。
【００３４】
落射照明プリズム１４で反射した後の直線偏光ＬＢは、図１に示すニッポウディスク２４と対物レンズ２３,２２とを介して１/４波長板２７に入射し、１/４波長板２７を介して円偏光となり、物体２０Ａの広いエリアを照明する。そして、このとき物体２０Ａから発生した反射光（円偏光）は、再び１/４波長板２７を介して直線偏光ＬＣとなり、対物レンズ２２,２３とニッポウディスク２４とを介して落射照明プリズム１４に入射する。
【００３５】
直線偏光ＬＣの振動方向は、直線偏光ＬＢの振動方向に対して垂直（図１の紙面に平行な左右方向）であり、直線偏光ＬＣの断面内で一方向に揃えられている。そして、直線偏光ＬＣのうち光軸に平行な光は、落射照明プリズム１４の反射透過面４Ｃにｐ偏光成分として入射する。また、光軸に非平行な光であって、且つ、上記の基準入射面Ｓ0内で進行する光も、反射透過面４Ｃにｐ偏光成分として入射する。さらに、光軸に非平行な光であって、且つ、基準入射面Ｓ0に対して斜めに進行する光は、反射透過膜４Ｃにｐ偏光成分およびｓ偏光成分として入射する。
【００３６】
この場合、直線偏光ＬＣのうち、ｐ偏光成分は透過率ＴP(＝１−ＲS(％)/100)に応じて透過し、ｓ偏光成分は透過率ＴS(＝１−ＲS(％)/100)に応じて透過し、それぞれの強度が透過率ＴP,ＲSに応じて減少する。また、各偏光成分の透過率ＴP,ＲSが等しく、各偏光成分の強度比は透過前後で変わらない。このため、反射透過面４Ｃを透過した後の直線偏光ＬＤの振動方向は、透過前の振動方向（図１の紙面に平行な左右方向）に平行となり、その断面内で一方向に揃う。
【００３７】
その後、直線偏光ＬＤは、落射照明プリズム１４の他方のプリズム部材４Ｂ（図２）を透過し、落射照明プリズム１４の後段に配置されたリレーレンズ２５（図１）を介して、検光子２８に入射する。検光子２８の透過軸の方位は、落射照明部品１０の偏光子１３の透過軸の方位に対して直交し（図１の紙面に平行な左右方向）、直線偏光ＬＤの振動方向に平行である。このため、リレーレンズ２５からの直線偏光ＬＤは、検光子２８を透過し、リレーレンズ２６を介して撮像装置２９の像面に入射する。
【００３８】
これに対し、落射照明プリズム１４から１/４波長板２７に向かう直線偏光ＬＢが、結像系(つまり対物レンズ２２,２３)のレンズ面やニッポウディスク２４の上面などで一部反射すると、その不要な光（以下「直線偏光ＬＥ」）は、１/４波長板２７を透過することなく落射照明プリズム１４に戻る。
直線偏光ＬＥの振動方向は、直線偏光ＬＢの振動方向に対して平行（図１の紙面に垂直な方向）であり、直線偏光ＬＥの断面内で一方向に揃えられている。そして、直線偏光ＬＥのうち光軸に平行な光は、落射照明プリズム１４の反射透過面４Ｃにｓ偏光成分として入射する。また、光軸に非平行な光であって、且つ、上記の基準入射面Ｓ0内で進行する光も、反射透過面４Ｃにｓ偏光成分として入射する。さらに、光軸に非平行な光であって、且つ、基準入射面Ｓ0に対して斜めに進行する光は、反射透過膜４Ｃにｓ偏光成分およびｐ偏光成分として入射する。
【００３９】
この場合、直線偏光ＬＥのうち、ｓ偏光成分は透過率ＴSに応じて透過し、ｐ偏光成分は透過率ＴPに応じて透過し、それぞれの強度が透過率ＲS,ＴPに応じて減少する。また、各偏光成分の透過率ＲS,ＴPが等しく、各偏光成分の強度比は透過前後で変わらない。このため、反射透過面４Ｃを透過した後の直線偏光ＬＦの振動方向は、透過前の振動方向（図１の紙面に垂直な方向）に平行となり、その断面内で一方向に揃う。
【００４０】
その後、直線偏光ＬＦは、落射照明プリズム１４の他方のプリズム部材４Ｂ（図２）を透過し、落射照明プリズム１４の後段に配置されたリレーレンズ２５（図１）を介して、検光子２８に入射する。検光子２８の透過軸の方位は、直線偏光ＬＦの振動方向に垂直である。このため、リレーレンズ２５からの直線偏光ＬＦは、検光子２８を透過することができず（つまり検光子２８で遮断され）、撮像装置２９の像面に入射することはない。
【００４１】
本実施形態では、落射照明プリズム１４から１/４波長板２７に向かう直線偏光ＬＢの振動方向の乱れを確実に低減できるため、不要な直線偏光ＬＦの振動方向を検光子２８の透過軸の方位に対して垂直に保つことができ、検光子２８で不要な直線偏光ＬＦを確実に遮断できる。したがって、直線偏光ＬＦに起因するフレアー量を確実に低減し、Ｓ/Ｎ比を確実に向上させることができる。
【００４２】
その結果、測定装置２０では、物体２０Ａの測定検査や観察を行う際に、物体２０Ａが低反射被検物（例えば半導体ウエハのレジスト表面）であっても、物体２０Ａからの微弱な信号光を効率よく取り込むことができる。このため、物体２０Ａの測定検査や観察を良好に行うことができる。
また、落射照明プリズム１４を通過する光（直線偏光ＬＡ,ＬＢ,…）の最大開口数ＮＡを大きくした（ＮＡ＝０.１）ことにより、測定装置２０では、物体２０Ａの広いエリアを一括で高分解能結像することが可能となる。
【００４３】
さらに、測定装置２０のように、ニッポウディスク２４を用いる場合は、ニッポウディスク２４の透過率（ピンホールの開口効率）が１％程度であり、物体２０Ａからの信号光（直線偏光ＬＤ）が非常に微弱なため、本実施形態の落射照明プリズム１４を用いて不要な光（直線偏光ＬＦ）を確実に遮断することが、特に有効である。この場合、ニッポウディスク２４の上面における反射率は、不要な光（直線偏光ＬＦ）の発生量を出来るだけ少なくするために、０.１％以下とすることが好ましい。
【００４４】
また、落射照明プリズム１４のプリズム部材４Ａ,４Ｂの内部歪（複屈折性）に起因して直線偏光の振動方向が乱れると、フレアー量が増えてしまい、好ましくない。このため、プリズム部材４Ａ,４Ｂを構成するガラス材料には、照明光の波長に対する光弾性定数が小さいもの（例えば０.１(１０-8ｃｍ2/Ｎ)以下のもの）を用いることがより好ましい。このようなガラス材料には、例えばショット社製のＳＦ５７（波長５４６ｎｍに対する光弾性定数が０.０２(１０-8ｃｍ2/Ｎ)）などがある。光弾性定数の小さいガラス材料を用いることで、落射照明プリズム１４の作製時、プリズム部材４Ａ,４Ｂの間の接着剤が乾くときに発生しやすい内部歪（複屈折性）を小さくすることができる。
【００４５】
さらに、偏光子１３（図２）の側から落射照明プリズム１４の反射透過膜４Ｃに入射した直線偏光ＬＡのうち、反射透過膜４Ｃを透過した不要な直線偏光ＬＧが迷光となって、図１に示す撮像装置２９の像面に入射すると、Ｓ/Ｎ比が低下するため好ましくない。直線偏光ＬＧを不図示の絞りによって遮断するため、プリズム部材４Ｂの内部で直線偏光ＬＧの経路上に位置する面Ｓ4Bの法線が、レンズ１１の光軸に対して傾けられるように、角度θを設定することが好ましい。この場合、面Ｓ4Bで反射した直線偏光ＬＧを不図示の絞りによって遮断し、図１に示す撮像装置２９の像面に入射しないようにすることができる。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、落射照明プリズム１４を通過する光の最大開口数ＮＡが０.１である例を説明したが、本発明はこれに限定されない。落射照明プリズム１４を通過する光の最大開口数ＮＡが０.１より大きい場合でも、上記と同様、直線偏光ＬＢの振動方向の乱れを確実に低減することができる。
【００４６】
さらに、上記した実施形態では、落射照明プリズム１４の反射透過膜４Ｃの光学特性が、反射率ＲS＝４８％、反射率ＲP＝４８％である例を説明したが、本発明はこれに限定されない。各偏光成分の反射率ＲS,ＲPが等しい場合には、その値に拘わらず、直線偏光ＬＢの振動方向の乱れを確実に低減することができる。反射率ＲS,ＲPの値としては、０％より大きく１００％より小さい範囲で、任意に設定すればよい。ただし、像面に到達し得る光の強度（利用効率）を最大限に確保するためには、双方の値を５０％程度とすることが最も好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】測定装置２０の全体構成を示す図である。
【図２】落射照明プリズム１４の全体構成を示す図である。
【図３】反射透過膜４Ｃに入射する直線偏光ＬＡ,反射透過面４Ｃで反射した直線偏光ＬＢの振動方向を説明する図である。
【図４】基準入射面Ｓ0に対して斜めに進行する光Ｌ1(β2),基準入射面Ｓ0内で進行する光Ｌ1(α2)の振動方向を説明する図である。
【図５】反射前後の各偏光成分を説明する図である。
【図６】従来装置の偏光ビームスプリッタを用いた場合の直線偏光ＬＢの振動方向の乱れを説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  落射照明部品
１１  レンズ
１２  開口絞り
１３  偏光子
１４  落射照明プリズム
４Ａ，４Ｂ  プリズム部材
４Ｃ  反射透過膜
２０  測定装置
２１  光源
２２，２３  対物レンズ
２４  ニッポウディスク
２５，２６  リレーレンズ
２７  １/４波長板
２８  検光子
２９  撮像装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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