JP7701601B2 - Method for observing magnetic domains in steel sheets - Google Patents
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Description
本発明は、鋼板中の磁区観察方法に関する。 The present invention relates to a method for observing magnetic domains in steel sheets.
電磁鋼板では低鉄損特性を達成すること、および、磁歪による騒音問題を制御することが求められている。鉄損とは、鉄心を交流磁場で励磁した場合に、熱エネルギとして消費される電力損失であり、省エネルギの観点から、鉄損はできるだけ低いことが求められる。磁歪とは、電磁鋼板を交流で励磁したときに、その磁化の強さの変化に伴って電磁鋼板の外形がわずかに変化することを指し、これが電磁鋼板を振動させて騒音に繋がることが予想されている。これらの磁気特性を制御するためには、電磁鋼板中の結晶方位や磁区構造を制御することが重要であると知られている。従って、結晶方位や磁区構造を解析する分析方法・装置が求められている。特に方向性電磁鋼板ではGOSS方位と呼ばれる集合組織を発達させるが、GOSS方位からずれてしまうと、ずれ角度に応じてランセット磁区が生成されることにより磁気特性が劣化することから、結晶方位と磁区構造との関係についての詳細な知見が求められている。 It is required to achieve low iron loss characteristics and to control noise problems caused by magnetostriction in electrical steel sheets. Iron loss is the power loss consumed as heat energy when an iron core is excited with an alternating magnetic field, and from the viewpoint of energy saving, iron loss should be as low as possible. Magnetostriction refers to a slight change in the external shape of an electrical steel sheet due to a change in the strength of magnetization when the electrical steel sheet is excited with an alternating current, and it is expected that this will cause the electrical steel sheet to vibrate and lead to noise. In order to control these magnetic properties, it is known that it is important to control the crystal orientation and magnetic domain structure in the electrical steel sheet. Therefore, analytical methods and devices for analyzing the crystal orientation and magnetic domain structure are required. In particular, grain-oriented electrical steel sheets develop a texture called the GOSS orientation, but if they deviate from the GOSS orientation, lancet magnetic domains are generated depending on the deviation angle, which deteriorates the magnetic properties, so detailed knowledge about the relationship between the crystal orientation and the magnetic domain structure is required.
磁区構造を観察する手法として特許文献1ではいわゆるビッター法が用いられている。ビッター法は、磁性コロイド粒子を含む液体を磁性材料上に塗布し乾燥させたのちに粒子位置を観察する手法である。磁性コロイド粒子が磁壁に集まる性質を利用したもので、乾燥後に粒子位置を観察することで磁壁位置が分かることから、磁区のサイズに関する知見を得ることができる。
磁区のサイズのみならず、磁区内の磁化方向まで決定できる手法として特許文献2では磁気光学カー効果を使ったカー効果顕微鏡による磁区観察方法が提案されている。カー効果顕微鏡では、観察表面の面内二次元磁化方向を観察することができる一方で、結晶方位に関する情報までは取得できない。
また特許文献3では傾斜した試料に電子線を照射して反射電子像を得て、傾斜軸の直交方向に平行な磁化成分を磁区コントラストとして観察する手法が開示されている。この手法では電子線を用いることで磁区を観察することが可能であるが、特許文献2と同様に結晶方位に関する情報を併せて取得することはできない。
これに対し、非特許文献1では走査型電子顕微鏡内で試料を傾斜し電子線を照射して得た電子線後方散乱回折(Electron BackScatter Diffraction: EBSD)像から結晶方位に関する情報を取得し、かつ、EBSD像の画像輝度から反射電子像を構築することで磁区コントラストを得る手法が公開されている。この手法を用いれば観察領域内の磁区の分布と結晶方位とを関係づけることが可能である。しかしながら、非特許文献1の技術では、磁区内の磁化方向に関する情報が得られない問題があった。
In response to this, Non-Patent
また、一般に走査型電子顕微鏡で得られる反射電子像や二次電子像は試料表面の凹凸によるコントラストを含む。このため、凹凸によるコントラストが、磁区によるコントラストと重畳し、磁区によるコントラストが判別しにくくなる。これを防ぐためには試料表面を平らで、かつ、試料調整による表面ダメージが無いように準備する必要があるものの、現実的には試料表面の多少の凹凸形成は避けられない。 In addition, backscattered electron images and secondary electron images obtained with a scanning electron microscope generally contain contrast due to unevenness on the sample surface. As a result, the contrast due to unevenness is superimposed on the contrast due to magnetic domains, making the contrast due to magnetic domains difficult to distinguish. To prevent this, it is necessary to prepare the sample surface so that it is flat and free of surface damage caused by sample preparation, but in reality, some unevenness on the sample surface is unavoidable.
前述の通り、従来、鋼板中の磁区構造(磁区のサイズや磁区内の磁化方向)に関する情報として高精度な情報を得ることは容易では無かった。
本発明は、鋼材中の磁区構造として高精度な情報を容易に得ることができるようにすることを目的とする。
As described above, it has conventionally not been easy to obtain highly accurate information regarding the magnetic domain structure (the size of the magnetic domain and the magnetization direction within the magnetic domain) in a steel sheet.
An object of the present invention is to easily obtain highly accurate information on the magnetic domain structure in steel material.
鋼板が体心立方(Body Centered Cubic:BCC)構造を有する鉄であって、磁化方向が<100>方向に平行、あるいは反平行になる性質を利用し、試料の表面を(001)面に調整することで、分析面内の磁化方向の候補を4方向、即ち、[100],[-100],[010],[0-10]方向、に限定する。本発明者らが鋭意検討した結果、EBSD画像の特定領域における画素強度から反射電子像を構築することで反射電子像内の磁区コントラストを変化させ、磁化方向を判別する手法を構築できることを見出した。
本発明の要旨は以下の通りである。
[1]
BCC(Body Centered Cubic)構造を有する鋼板を用いて構成される試料の測定点に対して電子顕微鏡内で電子線を照射することによりEBSD(Electron BackScatter Diffraction)検出器に到達した反射電子の回折パターンを示すEBSD画像を用いて、前記鋼板中の磁区および磁化方向を観察する鋼板中の磁区観察方法であって、
前記EBSD検出器において、前記電子線を前記EBSD検出器に射影した場合に、当該射影された前記電子線の照射方向に平行な方向を照射平行方向、当該照射平行方向に反平行な方向を照射反平行方向、当該照射平行方向に垂直な互いに反平行となる2つの方向をそれぞれ第1照射側方向、第2照射側方向とし、
前記試料表面が前記BCC構造の(001)面に対応するように前記試料を調整する試料調整工程と、
結晶の[100]方向および[-100]方向が、前記照射平行方向および前記照射反平行方向と、前記第1照射側方向および前記第2照射側方向と、のうちの一方に対応し、且つ、結晶の[010]方向および[0-10]方向が、他方に対応するように、前記試料を前記電子顕微鏡内にセットする試料セット工程と、
前記試料セット工程でセットされた前記試料に対する前記EBSD画像の一部の領域の反射電子の強度を算出することを、前記測定点を異ならせて実行することにより、当該EBSD画像の一部の領域における反射電子像を作成する第1反射電子像作成工程と、
前記第1反射電子像作成工程で作成された反射電子像に基づいて、当該反射電子像よりも、[100]方向および[-100]方向に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラストと、[010]方向および[0-10]方向に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラストと、が強調され、且つ、前記試料表面の形状に由来するコントラストが緩和された反射電子像を作成する第2反射電子像作成工程と、
前記第2反射電子像作成工程で作成された反射電子像を用いて、前記試料中の各磁区のサイズ、形状、および磁化方向を示す情報を取得する磁区構造取得工程と、
を有し、
前記第1反射電子像作成工程では、前記EBSD画像の、前記測定点に対応する位置よりも前記照射反平行方向側の少なくとも一部の領域における反射電子像である照射反平行方向側反射電子像と、前記EBSD画像の、前記測定点に対応する位置よりも前記照射平行方向側の少なくとも一部の領域における反射電子像である照射平行方向側反射電子像と、のうち少なくとも一方の反射電子像と、前記EBSD画像の領域の、前記測定点に対応する位置よりも前記第1照射側方向側の少なくとも一部の領域における反射電子像である第1照射側方向側反射電子像と、前記EBSD画像の領域の、前記測定点に対応する位置よりも前記第2照射側方向側の少なくとも一部の領域における反射電子像である第2照射側方向側反射電子像と、を作成する、鋼板中の磁区観察方法。
[2]
前記第1反射電子像作成工程では、前記照射反平行方向側反射電子像と、前記照射平行方向側反射電子像と、前記第1照射側方向側反射電子像と、前記第2照射側方向側反射電子像と、を作成する、[1]に記載の鋼板中の磁区観察方法。
[3]
前記第2反射電子像作成工程では、前記照射反平行方向側反射電子像の画素値と、前記照射平行方向側反射電子像の画素値と、の加算を実行することにより、[100]方向および[-100]方向と、[010]方向および[0-10]方向と、のうちの一方に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラストが強調され、且つ、前記試料表面の形状に由来するコントラストが緩和された反射電子像である第1照射方向磁区コントラスト強調画像を作成し、前記第1照射側方向側反射電子像の画素値と、前記第2照射側方向側反射電子像の画素値と、の減算を実行することにより、他方に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラストが強調され、且つ、前記試料表面の形状に由来するコントラストが緩和された反射電子像である照射側方向磁区コントラスト強調画像を作成する、[2]に記載の鋼板中の磁区観察方法。
[4]
前記第1反射電子像作成工程では、前記照射反平行方向側反射電子像と、前記第1照射側方向側反射電子像と、前記第2照射側方向側反射電子像と、を作成し、前記照射平行方向側反射電子像を作成しない、[1]に記載の鋼板中の磁区観察方法。
[5]
前記第2反射電子像作成工程では、前記第1照射側方向側反射電子像の画素値と前記第2照射側方向側反射電子像の画素値との加算を実行した後に前記照射反平行方向側反射電子像の画素値の減算を実行することにより、[100]方向および[-100]方向と、[010]方向および[0-10]方向と、のうちの一方に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラストが強調され、且つ、前記試料表面の形状に由来するコントラストが緩和された反射電子像である第2照射方向磁区コントラスト強調画像を作成し、前記第1照射側方向側反射電子像の画素値と、前記第2照射側方向側反射電子像の画素値と、の減算を実行することにより、他方に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラストが強調され、且つ、前記試料表面の形状に由来するコントラストが緩和された反射電子像である照射側方向磁区コントラスト強調画像を作成する、[4]に記載の鋼板中の磁区観察方法。
[6]
前記第1反射電子像作成工程では、前記照射平行方向および前記照射反平行方向に対応する方向と、前記第1照射側方向および前記第2照射側方向に対応する方向と、のそれぞれにおいて少なくとも3つの領域が存在するように前記EBSD画像の領域を複数の領域に分割した分割領域のうち、少なくとも前記EBSD画像の、前記測定点に対応する位置に最も近い位置にある前記分割領域の画素値を用いずに、前記EBSD画像の端に最も近い位置にある前記分割領域の画素値を用いて、前記EBSD画像の一部の領域における反射電子像をそれぞれ作成する、[1]~[5]のいずれか1に記載の鋼板中の磁区観察方法。
[7]
前記第1反射電子像作成工程で作成される反射電子像は、前記EBSD画像に基づいて解析される前記試料の結晶方位の観察領域を含む画像であり、
前記試料中の各磁区のサイズ、形状、および磁化方向を示す情報は、前記試料の結晶方位の観察領域を含む領域の情報である、[1]~[6]のいずれか1に記載の鋼板中の磁区観察方法。
The steel plate is made of iron having a body-centered cubic (BCC) structure, and the property that the magnetization direction is parallel or anti-parallel to the <100> direction is utilized, and by adjusting the surface of the sample to the (001) plane, the candidates for the magnetization direction in the analysis surface are limited to four directions, namely, the [100], [-100], [010], and [0-10] directions. As a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that a method can be constructed for determining the magnetization direction by changing the magnetic domain contrast in the backscattered electron image by constructing a backscattered electron image from pixel intensities in a specific region of an EBSD image.
The gist of the present invention is as follows.
[1]
A method for observing magnetic domains in a steel sheet, the method comprising: irradiating a measurement point of a sample made of a steel sheet having a body centered cubic (BCC) structure with an electron beam in an electron microscope; and using an electron backscatter diffraction (EBSD) image showing a diffraction pattern of reflected electrons that reach an EBSD detector, the method comprising the steps of:
In the EBSD detector, when the electron beam is projected onto the EBSD detector, a direction parallel to the irradiation direction of the projected electron beam is defined as an irradiation parallel direction, a direction anti-parallel to the irradiation parallel direction is defined as an irradiation anti-parallel direction, and two directions perpendicular to the irradiation parallel direction and anti-parallel to each other are defined as a first irradiation side direction and a second irradiation side direction, respectively;
a sample preparation step of preparing the sample so that the sample surface corresponds to the (001) plane of the BCC structure;
a sample setting step of setting the sample in the electron microscope such that the [100] direction and the [−100] direction of the crystal correspond to one of the irradiation parallel direction and the irradiation anti-parallel direction, and the first irradiation side direction and the second irradiation side direction, and the [010] direction and the [0−10] direction of the crystal correspond to the other;
a first backscattered electron image creating step of calculating an intensity of backscattered electrons in a partial region of the EBSD image for the sample set in the sample setting step while varying the measurement point, thereby creating a backscattered electron image in the partial region of the EBSD image;
a second backscattered electron image creating step of creating a backscattered electron image based on the backscattered electron image created in the first backscattered electron image creating step, in which the contrast derived from magnetic domains having magnetization directions corresponding to the [100] direction and the [−100] direction and the contrast derived from magnetic domains having magnetization directions corresponding to the [010] direction and the [0-10] direction are emphasized and the contrast derived from the shape of the sample surface is alleviated compared to the backscattered electron image created in the first backscattered electron image creating step;
a magnetic domain structure acquiring step of acquiring information indicating the size, shape, and magnetization direction of each magnetic domain in the sample using the backscattered electron image created in the second backscattered electron image creating step;
having
The first reflected electron image creation step creates at least one of an anti-parallel-irradiation direction side reflected electron image which is a reflected electron image in at least a partial region of the EBSD image on the anti-parallel-irradiation direction side of the position corresponding to the measurement point and a parallel-irradiation direction side reflected electron image which is a reflected electron image in at least a partial region of the EBSD image on the parallel-irradiation direction side of the position corresponding to the measurement point, a first irradiation lateral direction side reflected electron image which is a reflected electron image in at least a partial region of the EBSD image on the first irradiation lateral direction side of the position corresponding to the measurement point, and a second irradiation lateral direction side reflected electron image which is a reflected electron image in at least a partial region of the EBSD image on the second irradiation lateral direction side of the position corresponding to the measurement point.
[2]
The method for observing magnetic domains in steel sheet described in [1], wherein in the first reflected electron image creation process, a reflected electron image on the anti-parallel direction side of the irradiation, a reflected electron image on the parallel direction side of the irradiation, a reflected electron image on the first side direction of the irradiation, and a reflected electron image on the second side direction of the irradiation are created.
[3]
The second backscattered electron image creation step performs addition of pixel values of the backscattered electron image on the anti-parallel direction side to pixel values of the backscattered electron image on the parallel direction side to create a first irradiation direction magnetic domain contrast-enhanced image, which is a backscattered electron image in which the contrast derived from the magnetic domain having a magnetization direction corresponding to one of the [100] direction and the [-100] direction, and the [010] direction and the [0-10] direction is enhanced and the contrast derived from the shape of the sample surface is relaxed; and performs subtraction of pixel values of the backscattered electron image on the first irradiation side direction side from pixel values of the backscattered electron image on the second irradiation side direction side to create an irradiation side direction magnetic domain contrast-enhanced image, which is a backscattered electron image in which the contrast derived from the magnetic domain having a magnetization direction corresponding to the other direction is enhanced and the contrast derived from the shape of the sample surface is relaxed.
[4]
The method for observing magnetic domains in a steel sheet according to [1] , wherein in the first reflected electron image creation process, a reflected electron image in the anti-parallel direction of the irradiation, a reflected electron image in the first side direction of the irradiation, and a reflected electron image in the second side direction of the irradiation are created, and a reflected electron image in the parallel direction of the irradiation is not created.
[5]
In the second backscattered electron image creation step, a pixel value of the backscattered electron image in the first irradiation side direction is added to a pixel value of the backscattered electron image in the second irradiation side direction, and then a pixel value of the backscattered electron image in the anti-parallel direction is subtracted to create a second irradiation direction magnetic domain contrast-enhanced image, which is a backscattered electron image in which the contrast derived from the magnetic domain having a magnetization direction corresponding to one of the [100] direction and the [-100] direction, and the [010] direction and the [0-10] direction is enhanced and the contrast derived from the shape of the sample surface is relaxed; and a pixel value of the backscattered electron image in the first irradiation side direction is subtracted from a pixel value of the backscattered electron image in the second irradiation side direction, which creates an irradiation side direction magnetic domain contrast-enhanced image, which is a backscattered electron image in which the contrast derived from the magnetic domain having a magnetization direction corresponding to the other direction is enhanced and the contrast derived from the shape of the sample surface is relaxed.
[6]
The method for observing magnetic domains in steel sheet according to any one of [1] to [5], wherein in the first reflected electron image creating step, the EBSD image is divided into a plurality of divided regions such that at least three regions exist in each of the directions corresponding to the irradiation parallel direction and the irradiation anti-parallel direction, and the directions corresponding to the first irradiation side direction and the second irradiation side direction, and a reflected electron image is created in each of the divided regions by using a pixel value of the divided region closest to an edge of the EBSD image, without using a pixel value of the divided region closest to a position corresponding to the measurement point in the EBSD image.
[7]
the backscattered electron image created in the first backscattered electron image creating step is an image including an observation region of a crystal orientation of the sample that is analyzed based on the EBSD image,
The method for observing magnetic domains in a steel sheet according to any one of [1] to [6], wherein the information indicating the size, shape, and magnetization direction of each magnetic domain in the sample is information of a region including an observation region of the crystal orientation of the sample.
本発明によれば、鋼材中の磁区構造に関する情報として高精度な情報を容易に得ることができる。 The present invention makes it easy to obtain highly accurate information regarding the magnetic domain structure in steel material.
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
尚、長さ、位置、大きさ、間隔等、比較対象が同じであることは、厳密に同じである場合の他、発明の主旨を逸脱しない範囲で異なるもの(例えば、設計時に定められる公差の範囲内で異なるもの)も含むものとする。また、各図において〇の中に●を示している記号は、試験の奥側から手前側を示すものとする。例えば、+Xの傍らに〇の中に●を示している記号を付している場合、+X方向が、紙面の奥側から手前側に向かう方向であることを示す。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, the fact that the objects to be compared are the same in terms of length, position, size, interval, etc. includes not only the case where they are exactly the same, but also the case where they are different within the scope of the invention (for example, the difference is within the tolerance range determined at the time of design). Also, the symbol with a ● in a circle in each figure indicates the test from the back to the front. For example, if a symbol with a ● in a circle is placed next to +X, it indicates that the +X direction is the direction from the back to the front of the paper.
図1は、EBSD分析を実行する分析システムの構成の一例を示す図である。図2は、鋼板中の磁区観察方法の一例を説明するフローチャートである。 Figure 1 shows an example of the configuration of an analysis system that performs EBSD analysis. Figure 2 is a flowchart that explains an example of a method for observing magnetic domains in a steel sheet.
図1において、分析システムは、BCC構造を有する鋼板中の磁区および磁化方向を観察(分析)するためのシステムである。本実施形態では、鋼板が二方向性電磁鋼板である場合を例示するが鋼板は二方向性電磁鋼板に限定されず、例えば、一方向性電磁鋼板であっても、無方向性電磁鋼板であっても良く、また、電磁鋼板でなくても良い。分析システムは、走査型電子顕微鏡110と、EBSD検出器120と、撮像装置130と、情報処理装置140と、を備える。
In FIG. 1, the analysis system is a system for observing (analyzing) the magnetic domains and magnetization direction in a steel sheet having a BCC structure. In this embodiment, the steel sheet is a bidirectional electromagnetic steel sheet, but the steel sheet is not limited to a bidirectional electromagnetic steel sheet, and may be, for example, a unidirectional electromagnetic steel sheet or a non-directional electromagnetic steel sheet, or may not be an electromagnetic steel sheet. The analysis system includes a scanning electron microscope 110, an
試料SがBCC構造を有する鋼板である場合、鉄の磁化容易軸は結晶の主軸に平行であり、鉄中の一つの磁区における磁化方向は[100],[-100],[010],[0-10],[001],[00-1]方向のどれかに限定される。更に試料Sの表面を(001)面に限定すれば、試料S表面から観察可能な磁化方向は[100],[-100],[010],[0-10]方向のみに絞られる。そこで、試料S表面が(001)面に対応するように試料Sを調整する(ステップS201の試料調整工程)。試料S表面が(001)面に対応するようにするためには、観察対象となる試料Sの結晶方位を予めEBSD法やX線を用いたラウエ法で測定しておき、(001)面が試料S表面となるように試料Sの表面を調製(加工)すれば良い。試料S表面に加工歪が存在すると本来の磁区構造が変わってしまうため、電解研磨等を用いて表面加工歪を取り除く仕上げ処理を施すのが好ましい。また、(001)面からのずれ角度は±5°程度に抑えることが好ましい。ずれ角度が大きくなると試料S表面で漏れ磁場が生成され、試料S表面における磁区構造が大きく変わる虞があるからである。このように、試料S表面は(001)面に完全に平行になることだけでなく、このようなずれを許容する。試料S表面が(001)面に対応するとは、試料S表面が(001)面に完全に平行になることだけでなく、このようなずれを許容しても良いことを意味する。 When the sample S is a steel plate having a BCC structure, the easy axis of magnetization of the iron is parallel to the principal axis of the crystal, and the magnetization direction of one magnetic domain in the iron is limited to one of the directions [100], [-100], [010], [0-10], [001], and [00-1]. Furthermore, if the surface of the sample S is limited to the (001) plane, the magnetization directions observable from the surface of the sample S are limited to only the directions [100], [-100], [010], and [0-10]. Therefore, the sample S is adjusted so that the surface of the sample S corresponds to the (001) plane (sample adjustment process of step S201). In order to make the surface of the sample S correspond to the (001) plane, the crystal orientation of the sample S to be observed is measured in advance by the EBSD method or the Laue method using X-rays, and the surface of the sample S is prepared (processed) so that the (001) plane becomes the surface of the sample S. If there is processing distortion on the surface of the sample S, the original magnetic domain structure will change, so it is preferable to perform a finishing process to remove the surface processing distortion using electrolytic polishing or the like. In addition, it is preferable to keep the deviation angle from the (001) plane to about ±5°. If the deviation angle is large, a leakage magnetic field may be generated on the surface of the sample S, which may significantly change the magnetic domain structure on the surface of the sample S. In this way, the surface of the sample S is not only perfectly parallel to the (001) plane, but also allows such deviation. The surface of the sample S corresponding to the (001) plane means that not only the surface of the sample S is perfectly parallel to the (001) plane, but also that such deviation is acceptable.
EBSD分析は、走査型電子顕微鏡110内で実施される。走査型電子顕微鏡内の光学系111によって、電子線プローブEPが集束、走査される。走査型電子顕微鏡内の光学系111は、電子銃、集束レンズ、走査偏向器などを備える。走査型電子顕微鏡内の光学系111は、市販される既知の走査型電子顕微鏡内に設置されているものであればよく特に限定されない。試料Sは、その表面(電子線プローブEPが照射される面)が光学系111およびEBSD検出器120の方を向き、且つ、光学系111から発生する電子線プローブEPに対して傾斜するように試料ホルダー112セットされる(ステップS202の試料セット工程)。図1では、傾斜角度θが水平面(走査型電子顕微鏡110の設置面)に対する傾斜角度である場合を例示する。EBSD法において回折パターン(菊池パターン)を鮮明に得るための傾斜角度θとして70°が一般的に用いられているが、40~80°程度でも問題ない。
EBSD analysis is performed in a scanning electron microscope 110. The electron beam probe EP is focused and scanned by the optical system 111 in the scanning electron microscope. The optical system 111 in the scanning electron microscope includes an electron gun, a focusing lens, a scanning deflector, and the like. The optical system 111 in the scanning electron microscope is not particularly limited as long as it is installed in a commercially available known scanning electron microscope. The sample S is set in the sample holder 112 so that its surface (the surface irradiated with the electron beam probe EP) faces the optical system 111 and the
図1では、電子線プローブEPの照射方向が鉛直下方である場合を例示する。ここで、電子線プローブEPをEBSD検出器120(の反射電子BEの検出面)に射影した場合に、当該射影された電子線プローブEPの照射方向に平行な方向を照射平行方向とし、当該照射平行方向に反平行な方向を照射反平行方向とする。すなわち、照射平行方向は、例えば、電子線プローブEPを、電子線プローブEPの進行方向を向くベクトルと見立てて当該ベクトルをEBSD検出器120(の反射電子BEのの検出面)に正射影することにより得られる正射影ベクトルが向く方向である。また、当該照射平行方向に垂直な互いに反平行となる2つの方向をそれぞれ第1照射側方向、第2照射側方向とすることとする。図1では、EBSD検出器120が電子線プローブEPと平行となるようにEBSD検出器120が配置されている場合を例示する。また、EBSD検出器120が上下方向(鉛直上下方向)沿って配置されていている場合を例示する。したがって、電子線プローブEPをEBSD検出器120に射影することは、電子線プローブEPをEBSD検出器120の位置まで平行移動させることに対応する。よって、EBSD検出器120に射影された電子線プローブEPの照射方向に平行な方向(照射平行方向)は下方向(鉛直下方向)であり、照射反平行方向は上方向(鉛直上方向)であり、第1照射側方向および第2照射側方向は左右方向である。より具体的に本実施形態では、照射反平行方向(上方向)を上としてEBSD検出器120を通して試料S側を見た場合の左方向が第1照射側方向であり、右方向が第2照射側方向であるものとする。なお、図1において、下方向(鉛直下方向)は、電子線プローブEPの進行方向(電子線プローブEPを示す直線に付している>の先端側の方向)であり、上方向(鉛直上方向)は、その反対方向である。また、図1の紙面に向かって手前側から奥側に向かう方向側が左側であり、奥側から手前側に向かう方向側が右側である。以下の説明において、上下左右は、以上のようにして表現される上下左右であるものとする。
1 illustrates an example in which the irradiation direction of the electron beam probe EP is vertically downward. Here, when the electron beam probe EP is projected onto the EBSD detector 120 (the detection surface of the reflected electron BE), the direction parallel to the irradiation direction of the projected electron beam probe EP is the irradiation parallel direction, and the direction anti-parallel to the irradiation parallel direction is the irradiation anti-parallel direction. That is, the irradiation parallel direction is, for example, the direction of an orthogonal projection vector obtained by orthogonally projecting the electron beam probe EP onto the EBSD detector 120 (the detection surface of the reflected electron BE) as a vector pointing in the traveling direction of the electron beam probe EP. In addition, two directions perpendicular to the irradiation parallel direction and anti-parallel to each other are respectively the first irradiation side direction and the second irradiation side direction. FIG. 1 illustrates an example in which the
なお、EBSD検出器120(の電子線の検出面)が電子線プローブEPと平行になる状態であるとした場合のEBSD検出器120(の電子線の検出面)における電子線プローブEPの照射方向に平行な方向を照射平行方向として、照射平行方向、照射反平行方向、第1照射側方向、および第2照射側方向を定義しても、照射平行方向、照射反平行方向、第1照射側方向、および第2照射側方向は、前述した電子線プローブEPの射影を用いて表現した方向と同じ方向になる。このようにして照射平行方向、照射反平行方向、第1照射側方向、および第2照射側方向を定義する場合であって、EBSD検出器120が電子線プローブEPと平行でない場合には、EBSD検出器120は、電子線プローブEPと平行となるようにEBSD検出器120の電子線プローブEPに対する傾斜角度を変更したと仮定して、前述したように、照射平行方向、照射反平行方向、第1照射側方向、および第2照射側方向が定められる。
Note that even if the direction parallel to the irradiation direction of the electron beam probe EP on the EBSD detector 120 (electron beam detection surface) when the EBSD detector 120 (electron beam detection surface) is assumed to be parallel to the electron beam probe EP, and the irradiation parallel direction, anti-parallel irradiation direction, first irradiation side direction, and second irradiation side direction are defined as the irradiation parallel direction, the irradiation parallel direction, anti-parallel irradiation direction, first irradiation side direction, and second irradiation side direction are the same directions as those expressed using the projection of the electron beam probe EP described above. In this way, when the irradiation parallel direction, anti-parallel irradiation direction, first irradiation side direction, and second irradiation side direction are defined, if the
また、電子線プローブEBの照射方向は、鉛直下方に限定されない。照射平行方向、照射反平行方向、第1照射側方向、および第2照射側方向は、それぞれ、電子線プローブEBの照射方向に応じて、前述した定義に従って定められる。 In addition, the irradiation direction of the electron beam probe EB is not limited to vertically downward. The parallel irradiation direction, anti-parallel irradiation direction, first irradiation side direction, and second irradiation side direction are each determined according to the irradiation direction of the electron beam probe EB in accordance with the definitions described above.
以下の説明では、表記を簡単化するため、電子線プローブEPを試料S表面に射影した場合に、当該射影された電子線プローブEPの照射方向に平行な方向を-Y方向と称することとする。すなわち、-Y方向は、例えば、電子線プローブEPを、電子線プローブEPの進行方向を向くベクトルと見立てて当該ベクトルを試料S表面に正射影することにより得られる正射影ベクトルが向く方向である。また、当該試料S表面における当該照射平行方向に反平行な方向を+Y方向と称することとする。また、当該試料S表面における当該照射平行方向に垂直な互いに反平行となる2つの方向のうち+Y方向を上としてEBSD検出器120側から試料S表面を見た場合の左向き、右向きの方向をそれぞれ-X方向、+X方向と称することとする。
In the following description, to simplify the notation, when the electron beam probe EP is projected onto the surface of the sample S, the direction parallel to the irradiation direction of the projected electron beam probe EP is referred to as the -Y direction. That is, the -Y direction is, for example, the direction of an orthogonal projection vector obtained by orthogonally projecting the electron beam probe EP onto the surface of the sample S, regarding the electron beam probe EP as a vector pointing in the traveling direction of the electron beam probe EP. Also, the direction anti-parallel to the parallel irradiation direction on the surface of the sample S is referred to as the +Y direction. Also, of the two directions perpendicular to the parallel irradiation direction on the surface of the sample S and anti-parallel to each other, the +Y direction is considered to be up, and the leftward and rightward directions when the surface of the sample S is viewed from the
図1に示す例では、上方向が+Y方向に対応する方向であり、下方向が-Y方向に対応する方向であり、右方向が+X方向となり、左方向が-X方向となる。なお、上方向が+Y方向に対応するとは、試料SとEBSD検出器120とが平行に配置されている場合に上方向が+Y方向になることを意味し、下方向が-Y方向に対応するとは、試料SとEBSD検出器120とが平行に配置されている場合に下方向が-Y方向になることを意味する。また、試料S表面が電子線プローブEPと平行になる状態であるとした場合の試料S表面における電子線プローブEPの照射方向に平行な方向を-Y方向として、±X方向および±Y方向を表しても、±X方向および±Y方向は、前述した電子線プローブEPの射影を用いて表現した方向と同じ方向になる。
In the example shown in FIG. 1, the upward direction corresponds to the +Y direction, the downward direction corresponds to the -Y direction, the right direction corresponds to the +X direction, and the left direction corresponds to the -X direction. Note that the upward direction corresponds to the +Y direction means that the upward direction is the +Y direction when the sample S and the
前述したように観察対象となる試料Sの結晶方位を予めEBSD法やX線を用いたラウエ法で測定しておくことにより、試料Sの結晶の主軸の方向は容易に特定される。本実施形態では、試料Sの[100],[-100]方向をそれぞれ試料S表面の+X方向、-X方向に対応するようにすると共に、試料Sの[010],[0-10]方向をそれぞれ試料S表面の+Y方向、-Y方向に対応するようにする。[100],[010]方向と試料Sの+X方向、+Y方向とのずれ角度は±5°程度に抑えることが好ましい。このように、試料Sの結晶軸の方向([100],[-100],[010],[0-10]方向)が、±X方向、±Y方向に完全に平行になることだけでなく、このようなずれを許容する。試料Sの結晶軸の方向([100],[-100],[010],[0-10]方向)が、±X方向、±Y方向に対応するとは、試料Sの結晶軸の方向が、±X方向、±Y方向に完全に平行になることだけでなく、このようなずれを許容しても良いことを意味する。なお、試料Sの[100],[-100]方向をそれぞれ試料S表面の-X方向、+X方向に対応するようにしても、[010],[0-10]方向をそれぞれ試料S表面の-Y方向、+Y方向に対応するようにしても良い。また、[100],[-100]方向を試料S表面の-Y方向、+Y方向のいずれかに対応するようにしても、[010],[0-10]方向をそれぞれ試料S表面の-X方向、+X方向のいずれかに対応するようにしても良い。 As described above, the crystal orientation of the sample S to be observed is measured in advance by the EBSD method or the Laue method using X-rays, so that the direction of the principal axis of the crystal of the sample S can be easily identified. In this embodiment, the [100] and [-100] directions of the sample S correspond to the +X and -X directions of the sample S surface, respectively, and the [010] and [0-10] directions of the sample S correspond to the +Y and -Y directions of the sample S surface, respectively. It is preferable to suppress the deviation angle between the [100] and [010] directions and the +X and +Y directions of the sample S to about ±5°. In this way, not only are the directions of the crystal axes of the sample S ([100], [-100], [010], [0-10] directions) completely parallel to the ±X and ±Y directions, but also allow such deviation. The crystal axis directions ([100], [-100], [010], [0-10] directions) of the sample S corresponding to the ±X direction and ±Y direction means that the crystal axis directions of the sample S are not only completely parallel to the ±X direction and ±Y direction, but also allow such deviation. The [100] and [-100] directions of the sample S may correspond to the -X direction and +X direction of the sample S surface, respectively, or the [010] and [0-10] directions may correspond to the -Y direction and +Y direction of the sample S surface, respectively. The [100] and [-100] directions may correspond to either the -Y direction or +Y direction of the sample S surface, or the [010] and [0-10] directions may correspond to either the -X direction or +X direction of the sample S surface, respectively.
以上のようにして試料ホルダー112にセットした試料Sに対して電子線プローブEPが集束、走査される。走査型電子顕微鏡内の光学系とは電子銃、集束レンズ、走査偏向器などから成り、市販される既知の走査型電子顕微鏡内に設置されているものであればよく特に限定しない。 In this manner, the electron beam probe EP is focused and scanned on the sample S set in the sample holder 112. The optical system in the scanning electron microscope is composed of an electron gun, focusing lens, scanning deflector, etc., and is not particularly limited as long as it is one that is installed in a commercially available known scanning electron microscope.
電子線プローブEBを傾斜した試料Sの測定点に対して照射した際に、試料S表面からEBSD検出器120に向けて飛び出す反射電子BEは、EBSD検出器120に到達する。EBSD検出器120は、例えば、反射電子の検出面として蛍光スクリーンを備える。EBSD検出器120に到達した反射電子がEBSD検出器120(蛍光スクリーン)にヒットすると光が発生する。発生した光は、撮像装置130内の集光レンズを介して撮像素子(例えばCCD(Charge Coupled Device)検出器あるいはCMOS(Complementary MOS)検出器に到達し、電気信号に変換される。電気信号は、撮像素子の画素数で規定される解像度で、EBSD検出器120に到達した反射電子の回折パターンを示す画像であるEBSD画像として保存される。EBSD画像は、画素毎に規格化した電気信号強度を画素値として有する。例えば、各画素の画素値を8bitのデータで保存する場合、画素値は、256階調の輝度値として表される。
なお、走査型電子顕微鏡110、EBSD検出器120、および撮像装置130自体は、公知のもので実現すれば良く、前述した構成に限定されない。
When an electron beam probe EB is irradiated onto a measurement point on a tilted sample S, backscattered electrons BE flying out from the surface of the sample S toward the
The scanning electron microscope 110, the
情報処理装置140は、EBSD画像に基づいて、鋼板の試料S中の結晶方位および磁区構造(各磁区のサイズ、形状、および磁化方向)に関する情報を取得するための情報処理を実行する装置である。情報処理装置140は、その機能として画像取得部141と、結晶方位取得部142と、第1反射電子像作成部143と、第2反射電子像作成部144と、磁区構造取得部145と、を備える。なお、情報処理装置140のハードウェアは、特に限定されず、例えば、中央処理装置、主記憶装置、補助記憶装置、入力装置、および出力装置を備えるコンピュータで実現される。図3は、情報処理装置140における処理の概要の一例を示す図である。
The
画像取得部141は、図3に示すようなEBSD画像310を取得する(ステップS203のEBSD画像取得工程)。図3に示すように、本実施形態では、画像取得部141が、試料Sの観察領域に設定された複数の測定点MPのそれぞれにおけるEBSD画像310を取得する場合を例示する。本実施形態では、試料Sの結晶方位の観察領域と試料Sの磁区構造の観察領域とが同じであり、試料Sの結晶方位を観察するための測定点MPと、試料Sの磁区構造の観察するための測定点MPと、が同じであるものとする。ただし、試料Sの結晶方位を観察するための測定点と、試料Sの磁区構造を観察するための測定点とは異なっていても良い。例えば、試料Sの磁区構造を試料Sの結晶方位の観察領域の観察領域よりも広くしても良いし、試料Sの磁区構造を観察するための測定点の数を、試料Sの結晶方位を観察するための測定点の数よりも多くしても良い。
The
結晶方位取得部142は、試料Sの各測定点MPにおけるEBSD画像310に基づいて、試料S中の結晶方位を示す情報を取得する(ステップS204の結晶方位取得工程)。図3では、試料S中の結晶方位を示す情報が結晶方位マップ320である場合を例示する。結晶方位マップ320は、試料Sの測定点MPに電子線プローブEPを照射することにより得られるEBSD画像310から算出した結晶方位に対応する値を示す画素値(色)を、当該測定点MPに対応する領域(画素)321に格納することを、各測定点MPに対して実行することにより作成される画像である。結晶方位の解析は、EBSD分析(例えば、菊池バンドの位置の解析など)により実現され、公知の技術で実現されるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。また、情報処理装置140は、例えば、試料中Sの各測定点MPにおける複数のEBSD画像310同士の画像シフトに基づいて、試料中Sの残留応力(残留ひずみ)を取得しても良い。試料中Sの残留応力(残留ひずみ)を解析する手法も、公知の技術で実現されるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
The crystal
第1反射電子像作成部143は、試料Sの各測定点MPにおけるEBSD画像310に基づいて、反射電子像330を作成する(図2のステップS205の第1反射電子像作成工程)。反射電子像330は、試料Sの測定点MPに電子線プローブEPを照射することにより得られるEBSD画像310から算出した反射電子の強度を示す画素値を、当該測定点MPに対応する領域(画素)331に格納することを、各測定点MPに対して実行することにより作成される画像である。前述したようにEBSD画像310には、画素毎に規格化した電気信号強度が画素値として保存されている。このため、画素値を積算するとEBSD検出器120に届いた反射電子の数(反射電子の強度)に比例する値を計算することができる。そこで、本実施形態では、反射電子の数(反射電子の強度)が、EBSD画像310の画素値の積算値で表される場合を例示する。
The first reflected electron
ただし、本実施形態では、第1反射電子像作成部143は、EBSD画像310の全ての領域の画素値の積算値を算出せずに、EBSD画像310の領域の一部の領域の積算値を算出して、反射電子像を作成する。具体的に本実施形態では、第1反射電子像作成部143が、、測定点MPに対応する位置よりも上方向の領域の画素値を積算して、照射反平行方向側反射電子像の一例として上側反射電子像を作成することと、測定点MPに対応する位置よりも下方向の領域の画素値を積算して、照射平行方向側反射電子像の一例として下側反射電子像を作成すること、測定点MPに対応する位置よりも左方向の領域の画素値を積算して、第1照射側方向側反射電子像の一例として左側反射電子像を作成することと、測定点MPに対応する位置よりも右方向の領域の画素値を積算して、第2照射側方向側反射電子像の一例として右側反射電子像を含む反射電子像を作成することと、を実行する場合を例示する。ただし、後述するように、第1反射電子像作成部143は、上側反射電子像および下側反射電子像については少なくともいずれか一方のみを作成しても良い。ここで、EBSD画像310の領域の、測定点MPに対応する位置とは、電子線プローブEPと試料Sとの交点(測定点MP)からEBSD検出器120に降ろした垂線の足に対応するEBSD画像310内の座標位置である。図1に示す例においては、測定点MPの上下左右方向の座標位置と、EBSD検出器120の上下左右方向の座標位置とは同じである。
However, in this embodiment, the first reflected electron
上側反射電子像は、EBSD画像310の領域の、測定点MPに対応する位置よりも上側の少なくとも一部の領域の反射電子の強度を算出することを、測定点MPを異ならせて実行することにより得られる。本実施形態では、測定点MPに対応する位置が、EBSD画像310の中心である場合を例示する。従って、上側反射電子像は、測定点MPに電子線プローブEPを照射することにより得られるEBSD画像310の上半分の少なくとも一部の画素値の積算値が、当該測定点MPに対応する領域(画素)331に格納された画像になる。 The upper reflected electron image is obtained by calculating the intensity of reflected electrons in at least a portion of the region of the EBSD image 310 above the position corresponding to the measurement point MP, with the measurement point MP being varied. In this embodiment, the position corresponding to the measurement point MP is the center of the EBSD image 310. Therefore, the upper reflected electron image is an image in which the integrated value of at least a portion of the pixel values in the upper half of the EBSD image 310 obtained by irradiating the measurement point MP with the electron beam probe EP is stored in the region (pixel) 331 corresponding to the measurement point MP.
左側反射電子像は、EBSD画像310の領域の、測定点MPに対応する位置よりも左側の少なくとも一部の領域の反射電子の強度を算出することを、測定点MPを異ならせて実行することにより得られる。具体的に、左側反射電子像は、測定点MPに電子線プローブEPを照射することにより得られるEBSD画像310の左半分の少なくとも一部の画素値の積算値が、当該測定点MPに対応する領域(画素)331に格納された画像である。 The left-side reflected electron image is obtained by calculating the intensity of reflected electrons in at least a portion of the region of the EBSD image 310 to the left of the position corresponding to the measurement point MP, with the measurement point MP being changed. Specifically, the left-side reflected electron image is an image in which the integrated value of at least a portion of the pixel values in the left half of the EBSD image 310 obtained by irradiating the measurement point MP with the electron beam probe EP is stored in the region (pixel) 331 corresponding to the measurement point MP.
右側反射電子像は、EBSD画像310の領域の、測定点MPに対応する位置よりも右側の少なくとも一部の領域の反射電子の強度を算出することを、測定点MPを異ならせて実行することにより得られる。具体的に、右側反射電子像は、測定点MPに電子線プローブEPを照射することにより得られるEBSD画像310の右半分の少なくとも一部の画素値の積算値が、当該測定点MPに対応する領域(画素)331に格納された画像である。 The right-side reflected electron image is obtained by calculating the intensity of reflected electrons in at least a portion of the region of the EBSD image 310 to the right of the position corresponding to the measurement point MP, with the measurement point MP being changed. Specifically, the right-side reflected electron image is an image in which the integrated value of at least a portion of the pixel values in the right half of the EBSD image 310 obtained by irradiating the measurement point MP with the electron beam probe EP is stored in the region (pixel) 331 corresponding to the measurement point MP.
下側反射電子像は、EBSD画像310の領域の、測定点MPに対応する位置よりも下側の少なくとも一部の領域の反射電子の強度を算出することを、測定点MPを異ならせて実行することにより得られる。具体的に、下側反射電子像は、測定点MPに電子線プローブEPを照射することにより得られるEBSD画像310の下半分の少なくとも一部の画素値の積算値が、当該測定点MPに対応する領域(画素)331に格納された画像である。 The lower backscattered electron image is obtained by calculating the intensity of backscattered electrons in at least a portion of the region of the EBSD image 310 below the position corresponding to the measurement point MP, with the measurement point MP being varied. Specifically, the lower backscattered electron image is an image in which the integrated value of at least a portion of the pixel values in the lower half of the EBSD image 310 obtained by irradiating the measurement point MP with the electron beam probe EP is stored in the region (pixel) 331 corresponding to the measurement point MP.
第2反射電子像作成部144は、第1反射電子像作成部143により作成された反射電子像(上側反射電子像、下側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像)に基づいて、当該反射電子像よりも、[100]方向および[-100]方向に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラスト、または、[010]方向および[0-10]方向に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラストが強調(増大)され、且つ、試料S表面の形状(凹凸)に由来するコントラストが緩和(低減)された反射電子像を作成する(図2のステップS206の第2反射電子像作成工程)。
The second backscattered electron image creation unit 144 creates a backscattered electron image based on the backscattered electron images (upper backscattered electron image, lower backscattered electron image, left backscattered electron image, and right backscattered electron image) created by the first backscattered electron
反射電子像で認められるコントラストには磁区構造(磁区および磁化方向)だけに由来せずに試料S表面の形状(凹凸)に由来するコントラストも含まれる。このため、真の磁区構造(磁区および磁化方向)に由来するコントラストが得られがたいという課題がある。特に、磁区構造(磁区および磁化方向)に由来するコントラストの大きさから磁化の大きさを定量する場合には非常に問題となる。以下の説明では、試料S表面の形状に由来するコントラストを、凹凸コントラストとも称する。また、磁区構造(磁区および磁化方向)に由来するコントラストを、磁区コントラストとも称する。 The contrast observed in the backscattered electron image does not only originate from the magnetic domain structure (magnetic domains and magnetization direction), but also from the shape (convex/concave) of the surface of the sample S. This makes it difficult to obtain contrast originating from the true magnetic domain structure (magnetic domains and magnetization direction). This is particularly problematic when quantifying the magnitude of magnetization from the magnitude of contrast originating from the magnetic domain structure (magnetic domains and magnetization direction). In the following explanation, the contrast originating from the shape of the surface of the sample S is also referred to as the convex/concave contrast. The contrast originating from the magnetic domain structure (magnetic domains and magnetization direction) is also referred to as the magnetic domain contrast.
以上のような凹凸コントラストが磁区コントラストに重畳されることを防ぐためには試料Sの表面仕上げの際に形成される凹凸をなるべく小さくすることが重要であるが、凹凸のない表面仕上げを行うことは非常に難しい。そこで本発明者らは、不可避的に存在する反射電子像での凹凸コントラストを緩和することができれば、磁区コントラストを強調することができると考えた。 To prevent the above-mentioned topography contrast from being superimposed on the magnetic domain contrast, it is important to minimize the topography formed during surface finishing of the sample S, but it is extremely difficult to achieve a surface finish without any topography. Therefore, the inventors thought that if it were possible to reduce the topography contrast that is unavoidably present in the backscattered electron image, it would be possible to enhance the magnetic domain contrast.
その結果、本発明者らは、上側反射電子像に現れるコントラストが主に凹凸コントラストとして表されることを見出した。この理由として例えば以下の2つが考えられる。図4Aは、上側反射電子像に現れるコントラストが主に凹凸コントラストとして表されることを説明する図である。具体的に図4Aは、上側に向かう反射電子と下側に向かう反射電子との試料中の移動距離の違いを概念的に示す図である。 As a result, the inventors found that the contrast appearing in the upper backscattered electron image is mainly expressed as topographical contrast. There are two possible reasons for this: Figure 4A is a diagram explaining why the contrast appearing in the upper backscattered electron image is mainly expressed as topographical contrast. Specifically, Figure 4A is a diagram conceptually illustrating the difference in the travel distance in the sample between backscattered electrons heading upward and backscattered electrons heading downward.
次に、第1の理由を説明する。
磁束密度Bの磁界が存在する空間中で速度vを持つ電荷qが運動する際に電荷(ここでは電子)に作用する力であるローレンツ力Fは、F=qvBsinθで表される。θは、磁束密度Bのベクトルと速度vのベクトルとがなす角度である。磁区コントラストを増大するためには、ローレンツ力Fを大きくして電子の軌道が試料S中の磁場の影響で大きく変化する必要がある。本実施形態では、電子線プローブEPが下側に向かう場合を例示しているため、図4Aに示すように、傾斜している試料S中から試料Sの表面に向かう反射電子の試料S中の移動距離は、上側に向かう場合の距離DUの方が下側に向かう場合の距離DDよりも短い。このため、反射電子BEがローレンツ力Fを受ける距離は、下側に向かう場合よりも上側に向かう場合の方が小さくなる。このため、上側反射電子像においては、磁区コントラストが緩和されやすくなる。また、凹凸がない試料Sの表面領域では、下側反射電子像の方が上側反射電子像よりも明るくなりやすくなる。これは電線プローブEPが下側に向かっているため、反射電子の発生方向が下側になりやすいことに由来する。
Next, the first reason will be explained.
The Lorentz force F, which is a force acting on a charge (here, an electron) when a charge q moves with a velocity v in a space where a magnetic field of magnetic flux density B exists, is expressed as F=qvBsinθ. θ is the angle between the vector of magnetic flux density B and the vector of velocity v. In order to increase the magnetic domain contrast, it is necessary to increase the Lorentz force F so that the trajectory of the electron changes significantly due to the influence of the magnetic field in the sample S. In this embodiment, since the case where the electron beam probe EP is directed downward is illustrated, as shown in FIG. 4A, the moving distance of the reflected electrons in the sample S from the inclined sample S toward the surface of the sample S is shorter in the case where the reflected electrons are directed upward than in the case where the reflected electrons are directed downward. Therefore, the distance over which the reflected electrons BE are subjected to the Lorentz force F is smaller in the case where the reflected electrons are directed upward than in the case where the reflected electrons are directed downward. Therefore, the magnetic domain contrast is easily alleviated in the upper reflected electron image. Furthermore, in the surface region of the sample S without unevenness, the lower reflected electron image is easily brighter than the upper reflected electron image. This is because the electric wire probe EP faces downward, and thus reflected electrons tend to be generated downward.
なお、試料S中に入射する入射電子の速度を挙げれば、入射電子および反射電子が受けるローレンツ力Fを大きくすることができるので、図2のステップS203のEBSD画像取得工程において、電子銃の加速電圧は大きいことが好ましい。例えば、電子銃の加速電圧を20kV以上に設定するのが好ましい。電子銃の加速電圧が20kV未満の場合、反射電子が受けるローレンツ力Fが小さく、EBSD検出器120に現れる反射電子像において磁区コントラストが生じにくくなる場合があるからである。
In addition, since the Lorentz force F acting on the incident electrons and the reflected electrons can be increased by increasing the speed of the incident electrons entering the sample S, it is preferable that the acceleration voltage of the electron gun is large in the EBSD image acquisition process of step S203 in FIG. 2. For example, it is preferable to set the acceleration voltage of the electron gun to 20 kV or more. If the acceleration voltage of the electron gun is less than 20 kV, the Lorentz force F acting on the reflected electrons is small, and it may be difficult to generate magnetic domain contrast in the reflected electron image appearing on the
第2の理由として、本実施形態では、電子線プローブEPが下側に向かう場合を例示しているため、上側に向かう反射電子のエネルギは、下側に向かう反射電子のエネルギよりも小さい。このため、上側反射電子像においては、磁区コントラストが緩和されやすくなる。 The second reason is that in this embodiment, the electron beam probe EP is directed downward, so the energy of the reflected electrons directed upward is smaller than the energy of the reflected electrons directed downward. Therefore, the magnetic domain contrast is likely to be reduced in the upper reflected electron image.
以上のことから、上側反射電子像に現れるコントラストは、磁区コントラストに対し凹凸コントラストが支配的であり、上側反射電子像に現れるコントラストを試料S表面の形状が強調されたコントラストと見なすことができると考えられる。 From the above, it can be considered that the contrast appearing in the upper backscattered electron image is dominated by topography contrast rather than magnetic domain contrast, and that the contrast appearing in the upper backscattered electron image can be regarded as a contrast in which the shape of the surface of the sample S is emphasized.
また、本発明者らは、凹凸コントラストは上側反射電子像と下側反射電子像とで逆転することを見出した。図4Bを参照しながらその理由を説明する。図4Bは、側反射電子像と下側反射電子像とで凹凸コントラストが逆転することを説明する図である。具体的に図4Bは、試料S表面の凹凸により下側に向かう反射電子が少なくなることを概念的に示す図である。図4Bにおいて、例示した反射電子の発生点から当該発生点よりも上側に向けて進行する反射電子がEBSD検出器120の領域の、当該発生点よりも上側の位置に到達する際は反射電子を遮るものがなく明るく観察される。一方、例示した反射電子の発生点から当該発生点よりも下側に向けて進行する反射電子がEBSD検出器120の領域の、当該発生点よりも下側の位置に到達する際は凸部に遮られ暗く観察される。したがって、上側反射電子像が明るく(画素値が大きく)なる位置では下側反射電子像が暗くなり、上側反射電子像が暗くなる位置では下側反射電子像が明るくなると考えられる。
The inventors have also found that the topography contrast is reversed between the upper backscattered electron image and the lower backscattered electron image. The reason for this will be described with reference to FIG. 4B. FIG. 4B is a diagram for explaining the topography contrast being reversed between the side backscattered electron image and the lower backscattered electron image. Specifically, FIG. 4B is a diagram conceptually showing that the amount of backscattered electrons moving downward is reduced due to the unevenness of the surface of the sample S. In FIG. 4B, when the backscattered electrons traveling from the illustrated backscattered electron generation point toward the upper side reach a position above the generation point in the region of the
以上のことから本発明者らは、上側反射電子像と下側反射電子像との少なくともいずれか一方を用いれば、試料S表面において±Y方向に生じる形状(凹凸)に由来するコントラストを凹凸コントラストとして抽出することができることを見出した。以下に、第2反射電子像作成部144が、上側反射電子像、下側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像を用いて、[100]方向および[-100]方向に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラストと、[010]方向および[0-10]方向に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラストと、を抽出する手法の具体例を説明する。 Based on the above, the inventors have found that by using at least one of the upper backscattered electron image and the lower backscattered electron image, it is possible to extract the contrast resulting from the shape (unevenness) occurring in the ±Y direction on the surface of the sample S as unevenness contrast. Below, a specific example of a method in which the second backscattered electron image creation unit 144 uses the upper backscattered electron image, the lower backscattered electron image, the left backscattered electron image, and the right backscattered electron image to extract the contrast resulting from the magnetic domains having magnetization directions corresponding to the [100] direction and the [-100] direction, and the contrast resulting from the magnetic domains having magnetization directions corresponding to the [010] direction and the [0-10] direction, is described.
まず、電子線プローブEPを傾斜した試料Sに照射した際に、試料S表面からEBSD検出器120に向けて飛び出す反射電子の軌道に及ぼす試料Sの内部磁場の影響を考える。
図5は、測定点MPが+X方向([100]方向に対応する方向)、-X方向([-100]方向に対応する方向)を磁化方向とする磁区である場合の反射電子BEの挙動の一例を概念的に説明する図である。図6は、測定点MPが+Y方向([010]方向に対応する方向)、-Y方向([0-10]方向に対応する方向)を磁化方向とする磁区である場合の反射電子BEの挙動の一例を概念的に説明する図である。
First, the influence of the internal magnetic field of the sample S on the trajectory of the reflected electrons flying from the surface of the sample S toward the
Fig. 5 is a diagram conceptually explaining an example of the behavior of the reflected electrons BE when the measurement point MP is a magnetic domain whose magnetization directions are the +X direction (direction corresponding to the [100] direction) and the -X direction (direction corresponding to the [-100] direction). Fig. 6 is a diagram conceptually explaining an example of the behavior of the reflected electrons BE when the measurement point MP is a magnetic domain whose magnetization directions are the +Y direction (direction corresponding to the [010] direction) and the -Y direction (direction corresponding to the [0-10] direction).
図5(a)において、試料Sにおいて+X方向に内部磁場が磁化していると、EBSD検出器120に向かう反射電子BEは試料S内部において下側に向かう(下向きの)ローレンツ力Fを受ける。このため、反射電子BEの検出器120への到達位置511は、内部磁場が存在しない場合の到達位置510よりも下側にずれる。逆に図5(b)に示すように試料Sにおいて-X方向に内部磁場が磁化していると、EBSD検出器120に向かう反射電子BEは試料S内部において上側に向かう(上向きの)ローレンツ力Fを受ける。このため、反射電子BEの検出器120への到達位置512は、内部磁場が存在しない場合の到達位置510よりも上側にずれる。この場合、EBSD検出器120の中心よりも上側に到達した反射電子BEのみで反射電子像を作成すれば、磁化方向が-X方向を有する磁区が明るく観察されることになるが、前述した理由から、このような反射電子像では、-X方向の磁化方向の磁区コントラストが緩和され、凹凸コントラストが強調されたものとなる。一方、EBSD検出器120の中心よりも下側に到達した反射電子BEのみで反射電子像を作成すると+X方向の磁化の向きを有する磁区が明るく観察される。
5A, when the internal magnetic field is magnetized in the +X direction in the sample S, the reflected electrons BE heading toward the
同様に、EBSD検出器120の中心よりも右側に到達した反射電子BEのみで反射電子像を作成すると、試料S中の+Y方向を磁化方向とする磁区が明るく観察される(図6(a)に示す内部磁場が存在しない場合の反射電子BEの到達位置510と、+Y方向に内部磁場が磁化している場合の反射電子BEの到達位置611とを参照)。また、EBSD検出器120の中心よりも左側に到達した反射電子BEのみで反射電子像を作成すると、試料S中の-Y方向を磁化方向とする磁区が明るく観察される(図6(b)に示す内部磁場が存在しない場合の反射電子BEの到達位置510と、-Y方向に内部磁場が磁化している場合の反射電子BEの到達位置612とを参照)。
Similarly, when a backscattered electron image is created using only the backscattered electrons BE that have reached the right side of the center of the
前述したように本実施形態では、試料Sの[100],[-100]方向をそれぞれ試料S表面の+X方向、-X方向に対応させる。したがって、例えば、EBSD検出器120の中心よりも下側に到達した反射電子BEで反射電子像(下側反射電子像)を作成した際に最も明るく観察される領域は、+X方向(すなわち[100]方向に対応する方向)の磁化方向を有する磁区に対応し、最も暗く観察される領域が-X方向(すなわち[-100]方向に対応する方向)の磁化方向を有する磁区に対応する。さらに、EBSD検出器120の中心よりも下側に到達した反射電子BEで反射電子像(下側反射電子像)を作成した場合には、EBSD検出器120の中心よりも上側に到達した反射電子BEで反射電子像(上側反射電子像)を作成した場合に対し、凹凸コントラストが反転する。このため、EBSD検出器120の中心よりも下側に到達した反射電子BEで反射電子像(下側反射電子像)を作成した場合には、±X方向の磁化方向の磁区コントラストに凹凸コントラストが重畳されることになる。また、試料Sの[010],[0-10]方向をそれぞれ試料S表面の+Y方向、-Y方向に対応させる。したがって、例えば、EBSD検出器120の中心よりも左側に到達した反射電子BEで反射電子像(左側反射電子像)を作成した際に最も明るく観察される領域は-Y方向(すなわち[0-10]方向に対応する方向)の磁化方向を有する磁区に対応し、最も暗く観察される領域が+Y方向(すなわち[010]方向に対応する方向)の磁化方向を有する磁区に対応する。
As described above, in this embodiment, the [100] and [-100] directions of the sample S correspond to the +X and -X directions of the surface of the sample S, respectively. Therefore, for example, when a backscattered electron image (lower backscattered electron image) is created with backscattered electrons BE that have reached a position below the center of the
以上のようにEBSD検出器120の中心よりも下側、左側、右側、のそれぞれに到達した反射電子BEを用いて反射電子像を作成すると特定の磁化方向を有する磁区を明るく(あるいは暗く)表示させることができ、当該磁化方向の磁区のコントラストを強調させることができる。また、EBSD検出器120の中心よりも上側に到達した反射電子BEを用いて反射電子像を作成すると凹凸コントラストを強調させることができる。
As described above, when a backscattered electron image is created using backscattered electrons BE that reach the lower, left, and right sides of the center of the
このとき、EBSD検出器120の端に近い領域を選択すると磁区コントラストおよび凹凸コントラストが強調されやすい。ローレンツ力Fによって電子軌道が変化した際、EBSD検出器120の端に向かう電子の方がEBSD検出器120の中心に向かう電子よりもEBSD検出器120上での到達位置の変化が大きく表れるためである。通常のEBSD測定のセットアップにおいては、EBSD画像310の中心よりも上側、下側、左側、右側のそれぞれにおいて、EBSD検出器120(の反射電子像の検出領域)の面積の1/20以上の面積に対応する領域の画素値を積算するのが好ましい。積算する面積が小さいと画素値のカウント数が下がってしまい十分な磁区コントラスト、凹凸コントラストが得られないことがあるからである。また、EBSD検出器120の中心に近い領域を選択しないのが好ましい。例えば、EBSD検出器120の中心に近い領域では、+X方向、-X方向、+Y方向、および-Y方向の磁区による影響が混在している程度が大きい場合があるからである。例えば、EBSD画像310を、上下方向および左右方向のそれぞれにおいて少なくとも3つの領域が存在するように複数の領域に分割した分割領域を設定し、少なくともEBSD画像301の中心に最も近い位置にある分割領域の画素値を用いずに、EBSD画像の端に最も近い位置にある分割領域310の画素値を用いて、上側反射電子像、下側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像をそれぞれ作成しても良い。EBSD画像310の分割数は、このようなものに限定されず、例えば、上下左右に4分割しても良い。
In this case, if a region close to the edge of the
また、例えば、EBSD検出器120を上下左右に4分割した4つの分割領域に分けた場合、左上の分割領域、左下の分割領域では、-X方向、+X方向の磁区に加えて-Y方向の磁区も明るくなる。また、反射電子像の左下の分割領域、右下の分割領域では、-Y方向、+Y方向の磁区に加えて+X方向の磁区も明るくなる。したがって、EBSD画像310の中心よりも上側、下側、左側、右側のそれぞれの領域ごとにEBSD画像310の画素値を加算するだけでは(上側反射電子像、下側反射電子像、左側反射電子像、右側反射電子像を作成するだけでは)、磁区構造(磁区および磁区方向)を正確に抽出することは容易ではない。
For example, if the
そこで、本実施形態では、第2反射電子像作成部144は、左側反射電子像の画素値と右側反射電子像の画素値とを減算することを実行する。また、第2反射電子像作成部144は、上側反射電子像の画素値と下側反射電子像の画素値とを加算することと、左側反射電子像の画素値と右側反射電子像の画素値との加算値から上側反射電子像の画素値を減算することと、のいずれかを実行する。なお、画素値の加算、減算は、互いに同じ画素位置において実行される。以下に、このような計算を実行する理由について説明する。 Therefore, in this embodiment, the second reflected electron image creation unit 144 performs subtraction between the pixel values of the left reflected electron image and the pixel values of the right reflected electron image. The second reflected electron image creation unit 144 also performs either of the following: adding the pixel values of the upper reflected electron image and the pixel values of the lower reflected electron image, or subtracting the pixel value of the upper reflected electron image from the sum of the pixel values of the left reflected electron image and the pixel values of the right reflected electron image. The addition and subtraction of pixel values are performed at the same pixel positions. The reason for performing such calculations is explained below.
図4Bを参照しながら説明したように凹凸コントラストが生じている測定点MPにおいて、上側反射電子像が明るい場合には(画素値が大きい場合には)、下側反射電子像は暗く、上側反射電子像が暗い場合には、下側反射電子像は明るくなる。このことから、本発明者らは、上側反射電子像の画素値と、下側反射電子像の画素値とを加算すると、凹凸コントラストが緩和され、且つ、±X方向における磁区コントラストが強調されることを見出した。 As explained with reference to FIG. 4B, at measurement point MP where unevenness contrast occurs, if the upper reflected electron image is bright (if the pixel value is large), the lower reflected electron image is dark, and if the upper reflected electron image is dark, the lower reflected electron image is bright. From this, the inventors discovered that adding the pixel values of the upper and lower reflected electron images reduces the unevenness contrast and enhances the magnetic domain contrast in the ±X directions.
図7は、上側反射電子像の画素値と、下側反射電子像の画素値とを加算することによるコントラストの変化の一例を概念的に示す図である。ここでは、説明を簡単にするため、-X方向に磁化している磁区においては、凹凸に由来する画素値のみが反射電子像に現れるものとする。また、+X方向に磁化している磁区においては、+X方向に磁化していることに由来する画素値と凹凸に由来する画素値のみが現れるものとする。また、+X方向に磁化していることに由来する画素値を10とし、凹凸に由来する画素値を1とする。 Figure 7 is a conceptual diagram showing an example of the change in contrast caused by adding pixel values of an upper reflected electron image and a lower reflected electron image. For simplicity of explanation, it is assumed here that in magnetic domains magnetized in the -X direction, only pixel values resulting from unevenness appear in the reflected electron image. Also, in magnetic domains magnetized in the +X direction, only pixel values resulting from magnetization in the +X direction and pixel values resulting from unevenness appear. Also, the pixel value resulting from magnetization in the +X direction is set to 10, and the pixel value resulting from unevenness is set to 1.
図7(a)に示すように、-X方向に磁化している磁区701の方が、当該磁区701に隣接する+X方向に磁化している磁区702よりも大きい画素値となる凹凸コントラストが生じる場合、磁区701における上側反射電子像の画素値は1となり、磁区702における上側反射電子像の画素値は0となる。試料S表面の凹凸のみを考慮した場合、磁区701における上側反射電子像が明るいと、磁区701における下側反射電子像は暗くなる。したがって、磁区701における下側反射電子像の画素値は0になる。これとは逆に、試料S表面の凹凸のみを考慮した場合、磁区702における上側反射電子像が暗いと、磁区702における下側反射電子像は明るくなる。したがって、磁区702における下側反射電子像の画素値は、+X方向に磁化していることに由来する画素値(=10)に、凹凸に由来する画素値(=1)を加算した値(=11)となる。よって、上側反射電子像の画素値と下側反射電子像の画素値とを加算すると、下側反射電子像において含まれていた凹凸コントラストを緩和でき、±X方向における本来の磁区コントラスト(=10(=11―1))が得られ、±X方向における磁区コントラストが強調される。
As shown in FIG. 7A, when an unevenness contrast occurs in which the pixel value of the
また、図7(b)に示すように、+X方向に磁化している磁区702の方が-X方向に磁化している磁区701よりも大きい画素値となる凹凸コントラストが生じる場合、磁区702における上側反射電子像の画素値は1となり、磁区701における上側反射電子像の画素値は0となる。試料S表面の凹凸のみを考慮した場合、磁区701における上側反射電子像が暗いと、磁区701における下側反射電子像は明るくなる。したがって、磁区701における下側反射電子像の画素値は1になる。これとは逆に、試料S表面の凹凸のみを考慮した場合、磁区702における上側反射電子像が明るいと、磁区702における下側反射電子像は暗くなる。したがって、磁区702における下側反射電子像の画素値は、+X方向に磁化していることに由来する画素値(=10)のみとなる。よって、上側反射電子像の画素値と下側反射電子像の画素値とを加算すると、下側反射電子像において含まれていた凹凸コントラストを緩和でき、±X方向における本来の磁区コントラスト(=10(=11―1))が得られ、±X方向における磁区コントラストが強調される。
本実施形態では、上側反射電子像の画素値と下側反射電子像の画素値とを加算することにより、±X方向における磁区コントラストが強調され、且つ、凹凸コントラストが緩和された反射電子像が、第1照射方向磁区コントラスト強調画像の一例として作成される。以下の説明では、当該反射電子像を、第1X方向磁区コントラスト強調画像とも称する。
7B, in the case where an unevenness contrast occurs in which the pixel value of the
In this embodiment, a backscattered electron image in which the magnetic domain contrast in the ±X directions is emphasized and the unevenness contrast is alleviated by adding up the pixel values of the upper backscattered electron image and the lower backscattered electron image is created as an example of a first irradiation direction magnetic domain contrast emphasized image. In the following description, this backscattered electron image is also referred to as a first X-direction magnetic domain contrast emphasized image.
また、本発明者らは、左側反射電子像の画素値と右側反射電子像の画素値とを減算すると、±Y方向における磁区コントラストを強調することができると共に、凹凸コントラストを緩和することができることを見出した。 The inventors also discovered that subtracting the pixel values of the left-side reflected electron image from the pixel values of the right-side reflected electron image can enhance the magnetic domain contrast in the ±Y directions and reduce the unevenness contrast.
図8は、左側反射電子像の画素値と、右側反射電子像の画素値とを減算することによるコントラストの変化の一例を概念的に示す図である。ここでは、説明を簡単にするため、+Y方向に磁化している磁区においては、+Y方向に磁化していることに由来する画素値と凹凸に由来する画素値のみが現れるものとし、-Y方向に磁化している磁区においては、-Y方向に磁化していることに由来する画素値と凹凸に由来する画素値のみが現れるものとする。また、±Y方向に磁化していることに由来する画素値をそれぞれ10とし、凹凸に由来する画素値を1とする。 Figure 8 is a conceptual diagram showing an example of the change in contrast caused by subtracting pixel values of the left-side reflected electron image from pixel values of the right-side reflected electron image. For simplicity's sake, it is assumed that in a magnetic domain magnetized in the +Y direction, only pixel values resulting from magnetization in the +Y direction and pixel values resulting from unevenness appear, and in a magnetic domain magnetized in the -Y direction, only pixel values resulting from magnetization in the -Y direction and pixel values resulting from unevenness appear. In addition, the pixel values resulting from magnetization in the ±Y directions are each set to 10, and the pixel value resulting from unevenness is set to 1.
図8(a)に示すように、-Y方向に磁化している磁区801と当該磁区801に隣接する+Y方向に磁化している磁区802とに凹凸コントラストが生じていない場合、左側反射電子像の画素値から右側反射電子像の画素値を減算すると、±Y方向における磁区コントラストは10から20(=10-(-10))になり、±Y方向における磁区コントラストを強調することができる。
As shown in FIG. 8(a), if there is no concavo-convex contrast between a
図8(b)に示すように、-Y方向に磁化している磁区801の方が、+Y方向に磁化している磁区802よりも大きい画素値となる凹凸コントラストが生じる場合、凹凸に由来する画素値は、左側反射電子像においても右側反射電子像においても磁区801の方が大きくなる。したがって、磁区801における左側反射電子像、右側反射電子像の画素値は、それぞれ、11、1になる。よって、左側反射電子像の画素値から右側反射電子像の画素値を減算すると、±Y方向における磁区コントラストは10から20(=10-(-10))になり、図8(a)に示す凹凸コントラストがない場合の±Y方向における磁区コントラストと同じ値になる。このように、±Y方向における磁区コントラストを強調することができると共に、凹凸コントラストを緩和することができる。
As shown in FIG. 8B, when a concave-convex contrast occurs in which the pixel value of the
図8(c)に示すように、+Y方向に磁化している磁区802の方が、-Y方向に磁化している磁区801よりも大きい画素値となる凹凸コントラストが生じる場合、凹凸に由来する画素値は、左側反射電子像においても右側反射電子像においても磁区802の方が大きくなる。したがって、磁区802における左側反射電子像、右側反射電子像の画素値は、それぞれ、1、11になる。よって、左側反射電子像の画素値から右側反射電子像の画素値を減算すると、±Y方向における磁区コントラストは10から20(=10-(-10))になり、図8(a)に示す凹凸コントラストがない場合の±Y方向における磁区コントラストと同じ値になる。このように、±Y方向における磁区コントラストを強調することができると共に、凹凸コントラストを緩和することができる。
以下の説明では、上側反射電子像の画素値と下側反射電子像の画素値とを減算することにより、±Y方向における磁区コントラストが強調され、且つ、凹凸コントラストが緩和された反射電子像が、照射側方向磁区コントラスト強調画像の一例として作成される。以下の説明では、当該反射電子像を、Y方向磁区コントラスト強調画像とも称する。なお、上側反射電子像の画素値と下側反射電子像の画素値との減算は、上側反射電子像の画素値から下側反射電子像の画素値を減算することに実現されても、下側反射電子像の画素値から下側反射電子像の画素値を減算することにより実現されても良い。また、画像のコントラスト(画素値(輝度値)の差)が分かれば良いので、減算の結果、負の値になる場合には、減算後の画素値を規格化すれば(例えば、最小値を0とする相対値で表せば)良い。
As shown in Fig. 8C, when a concavo-convex contrast occurs in which the pixel value of the
In the following description, a backscattered electron image in which the magnetic domain contrast in the ±Y directions is emphasized and the unevenness contrast is alleviated by subtracting the pixel values of the upper reflected electron image from those of the lower reflected electron image is created as an example of an irradiation side direction magnetic domain contrast emphasized image. In the following description, the backscattered electron image is also referred to as a Y direction magnetic domain contrast emphasized image. The subtraction of the pixel values of the upper reflected electron image from those of the lower reflected electron image may be realized by subtracting the pixel values of the lower reflected electron image from those of the upper reflected electron image, or may be realized by subtracting the pixel values of the lower reflected electron image from those of the lower reflected electron image. Furthermore, since it is only necessary to know the contrast of the images (difference in pixel values (brightness values)), if the subtraction results in a negative value, the pixel values after the subtraction may be normalized (for example, expressed as a relative value with the minimum value set to 0).
また、本発明者らは、左側反射電子像の画素値と右側反射電子像の画素値とを加算すると、±Y方向における磁区コントラストが平均化されるため、±X方向における磁区コントラストが強調されることを見出した。例えば、EBSD画像310の左下または右下の領域においては、+X方向の磁化方向を有する磁区が明るく映し出され、-X方向の磁化方向を有する磁区が暗く映し出されるため、左側反射電子像の画素値と右側反射電子像の画素値とを加算すると、±X方向における磁区コントラストが強調される。ただし、この場合には、凹凸コントラストが緩和されないため、左側反射電子像の画素値と右側反射電子像の画素値とを加算した後、上側反射電子像の画素値を減算することで凹凸コントラストを緩和する。 The inventors have also found that adding the pixel values of the left-side backscattered electron image and the right-side backscattered electron image averages the magnetic domain contrast in the ±Y directions, and thus emphasizes the magnetic domain contrast in the ±X directions. For example, in the lower left or lower right region of the EBSD image 310, magnetic domains having a magnetization direction in the +X direction appear bright, and magnetic domains having a magnetization direction in the -X direction appear dark. Therefore, adding the pixel values of the left-side backscattered electron image and the right-side backscattered electron image emphasizes the magnetic domain contrast in the ±X directions. However, in this case, the concave-convex contrast is not alleviated, so the concave-convex contrast is alleviated by adding the pixel values of the left-side backscattered electron image and the right-side backscattered electron image and then subtracting the pixel value of the upper backscattered electron image.
図9は、左側反射電子像の画素値と、右側反射電子像の画素値とを加算した後上側反射電子像の画素値を減算することによるコントラストの変化の一例を概念的に示す図である。ここでは、-X方向に磁化している磁区901に-Y方向に磁化していることに由来する画素値が含まれ、当該磁区901に隣接する+X方向に磁化している磁区902に+Y方向に磁化していることに由来する画素値が含まれる場合を例示する。また、-X方向に磁化している磁区901の方が、磁区902よりも大きい画素値となる凹凸コントラストが生じる場合を例示する。また、+X方向に磁化していることに由来する画素値を7とし、±Y方向に磁化していることに由来する画素値をそれぞれ3とし、凹凸に由来する画素値を1とする。
Figure 9 is a conceptual diagram showing an example of the change in contrast caused by adding the pixel values of the left reflected electron image and the right reflected electron image and then subtracting the pixel values of the upper reflected electron image. Here, a case is illustrated in which a
図9(a)に示すように、磁区901、902に含まれる±Y方向に磁化していることに由来する画素値のみを取り出して、左側反射電子像の画素値と右側反射電子像の画素値とを加算すると、±Y方向における磁区コントラストは3(=3-0)から0(=3-3)に緩和される。
As shown in FIG. 9(a), when only the pixel values resulting from magnetization in the ±Y directions contained in
図9(b)に示すように、磁区901、902に含まれる±X方向に磁化していることに由来する画素値のみを取り出して、左側反射電子像の画素値と右側反射電子像の画素値とを加算すると、±X方向における磁区コントラストは6(=7-1)から12(=14-2)になり、±X方向における磁区コントラストが強調される。そして、図9(c)に示すように、このようにして加算した画素値から上側反射電子像の画素値を減算すると、±X方向における磁区コントラストは12から13(=14-1)になり、凹凸コントラスト(=1)を緩和することができる。
本実施形態では、左側反射電子像の画素値と右側反射電子像の画素値とを加算することにより、±Y方向における磁区コントラストが緩和され、且つ、±X方向における磁区コントラストが強調された反射電子像が作成される。以下の説明では、当該反射電子像を、Y方向磁区コントラスト緩和画像とも称する。また、本実施形態では、Y方向磁区コントラスト緩和画像の画素値から上側反射電子像の画素値を減算することにより、±X方向における磁区コントラストが強調され、且つ凹凸コントラストが緩和された反射電子像が、第2照射方向磁区コントラスト強調画像の一例として作成される。以下の説明では、当該反射電子像を、第2X方向磁区コントラスト強調画像とも称する。なお、第2反射電子像作成部144は、必ずしも第1X方向磁区コントラスト強調画像および第2X方向磁区コントラスト強調画像の双方を作成する必要はなく、いずれか一方のみを作成しても良い。第1X方向磁区コントラスト強調画像を作成する場合には、上側反射電子像、下側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像が必要になるので、第1反射電子像作成部143は、上側反射電子像、下側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像を作成する。一方、第2X方向磁区コントラスト強調画像を作成する場合には、上側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像が必要になるので、第1反射電子像作成部143は、上側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像を作成する。この場合、第1反射電子像作成部143は、下側反射電子像を作成しなくても良い。以下の説明では、第1X方向磁区コントラスト強調画像または第2X方向磁区コントラスト強調画像をX方向磁区コントラスト強調画像とも称する。
As shown in Fig. 9(b), when only the pixel values resulting from magnetization in the ±X directions contained in the
In this embodiment, a backscattered electron image in which the magnetic domain contrast in the ±Y directions is relaxed and the magnetic domain contrast in the ±X directions is enhanced is created by adding the pixel values of the left-side backscattered electron image and the right-side backscattered electron image. In the following description, this backscattered electron image is also referred to as a Y-direction magnetic domain contrast relaxed image. In this embodiment, a backscattered electron image in which the magnetic domain contrast in the ±X directions is enhanced and the unevenness contrast is relaxed is created as an example of a second irradiation direction magnetic domain contrast enhanced image by subtracting the pixel values of the upper backscattered electron image from the pixel values of the Y-direction magnetic domain contrast relaxed image. In the following description, this backscattered electron image is also referred to as a second X-direction magnetic domain contrast enhanced image. Note that the second backscattered electron image creation unit 144 does not necessarily need to create both the first X-direction magnetic domain contrast enhanced image and the second X-direction magnetic domain contrast enhanced image, and may create only one of them. When creating a first X-direction magnetic domain contrast enhanced image, an upper reflected electron image, a lower reflected electron image, a left reflected electron image, and a right reflected electron image are required, so the first reflected electron
第2反射電子像作成部144は、以上のような上側反射電子像、下側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像の画素値の加減算を実行する前に、上側反射電子像、下側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像に生じているバックグラウンド(明るさのむら)を低減(好ましくは除去)するバックグランド処理を実行しても良い。前述したように本実施形態では、ステップS202の試料セット工程において、試料Sの表面が試料ホルダー112の表面に平行でない場合には、反射電子像において特定方向にグラデーションが生じることがある。このような場合、第2反射電子像作成部144は、当該グラデーションを低減(好ましくは除去)するバックグラウンド処理を実行するのが好ましい。第2反射電子像作成部144は、例えば、反射電子像においてグラデーションを示す方向において、グラデーションの傾きからバックグラウンドによる画素値(強度)を求めて、これを元の反射電子像の画素値から差し引く処理を実行する。グラデーションの傾きは、例えば、グラデーションを示す方向において、画素位置とグラデーションによる画素値との関係を線形近似した一次関数の傾きで表される。 Before performing the above-described addition and subtraction of pixel values of the upper reflected electron image, the lower reflected electron image, the left reflected electron image, and the right reflected electron image, the second reflected electron image creation unit 144 may perform background processing to reduce (preferably remove) the background (unevenness in brightness) occurring in the upper reflected electron image, the lower reflected electron image, the left reflected electron image, and the right reflected electron image. As described above, in this embodiment, in the sample setting process of step S202, if the surface of the sample S is not parallel to the surface of the sample holder 112, a gradation may occur in a specific direction in the reflected electron image. In such a case, it is preferable that the second reflected electron image creation unit 144 performs background processing to reduce (preferably remove) the gradation. For example, the second reflected electron image creation unit 144 performs a process of calculating a pixel value (intensity) due to the background from the gradient of the gradation in the direction showing the gradation in the reflected electron image, and subtracting this from the pixel value of the original reflected electron image. The gradient of the gradation is expressed, for example, as the gradient of a linear function that linearly approximates the relationship between pixel position and pixel value due to the gradation in the direction indicating the gradation.
図1および図2の説明に戻り、磁区構造取得部145は、[100]方向および[-100]方向に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラストと、[010]方向および[0-10]方向に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラストと、を用いて、試料S中の各磁区のサイズ、形状、および磁化方向を示す情報を取得する(図2のステップS207の磁区構造取得工程)。ここで、試料S中の各磁区のサイズ、形状、および磁化方向を示す情報は、試料の結晶方位の観察領域を含む領域の情報であり、例えば、試料の結晶方位の観察領域と同一の領域の情報である。試料S中の各磁区のサイズ、形状、および磁化方向を示す情報は、例えば、磁化方向ごとに異なる濃度または色を付した画像であっても良い。以下の説明では、この画像を磁区構造マップとも称する。磁区構造マップは、結晶方位マップ320と重なるようにするのが好ましい。すなわち、磁区構造マップおよび結晶方位マップ320の相互に対応する画素は、同じ磁区の情報を示すようにするのが好ましい。
Returning to the explanation of FIG. 1 and FIG. 2, the magnetic domain
磁区構造取得部145は、X方向磁区コントラスト強調画像とY方向磁区コントラスト強調画像とをコンピュータディスプレイに表示しても良い。このようにする場合、解析者は、X方向磁区コントラスト強調画像とY方向磁区コントラスト強調画像とを参照して、試料Sの磁区構造(各磁区のサイズ、形状、および磁区方向)を特定して、試料S中の各磁区のサイズ、形状、および磁化方向を示す情報を作成しても良い。このようにする場合、解析者は、試料S中の各磁区のサイズ、形状、および磁化方向を示す情報を、情報処理装置140に入力しても良い。
The magnetic domain
また、磁区構造取得部145は、X方向磁区コントラスト強調画像とY方向磁区コントラスト強調画像とに基づいて、試料S中の各磁区のサイズ、形状、および磁化方向を示す情報を自動的に作成しても良い。例えば、磁区構造取得部145は、X方向磁区コントラスト強調画像の各画素の画素値と閾値とを比較した結果と、Y方向磁区コントラスト強調画像の各画素の画素値と閾値とを比較した結果と、に基づいて、各画素における磁区方向を特定して、試料S中の各磁区のサイズ、形状、および磁化方向を示す情報を作成しても良い。磁区構造取得部145は、作成した試料S中の各磁区のサイズ、形状、および磁化方向を示す情報をコンピュータディスプレイに表示しても良い。
The magnetic domain
なお、磁区構造マップを作成する際に、X方向磁区コントラスト強調画像およびY方向磁区コントラスト強調画像に加えて、これら以外の反射電子像を考慮しても良い。例えば、上側反射電子像、下側反射電子像、左側反射電子像、および、右側反射電子像のうちの少なくとも1つの反射電子像を考慮しても良い。また、全領域反射電子像を考慮しても良い。全領域反射電子像は、試料Sの測定点MPに電子線プローブEPを照射することにより得られるEBSD画像310の全ての画素の積算値を、当該測定点MPに対応する領域(画素)331に格納することを、各測定点MPに対して実行することにより作成された反射電子像である。 When creating a magnetic domain structure map, in addition to the X-direction magnetic domain contrast enhanced image and the Y-direction magnetic domain contrast enhanced image, other backscattered electron images may be considered. For example, at least one of the upper backscattered electron image, the lower backscattered electron image, the left backscattered electron image, and the right backscattered electron image may be considered. Also, a full-area backscattered electron image may be considered. The full-area backscattered electron image is a backscattered electron image created by storing, for each measurement point MP, the integrated values of all pixels of the EBSD image 310 obtained by irradiating the measurement point MP of the sample S with the electron beam probe EP in the area (pixel) 331 corresponding to the measurement point MP.
以上のように本実施形態では、EBSD検出器120の中心よりも上下左右の少なくとも一部の領域ごとに試料Sの反射電子像を作成して、上側反射電子像および下側反射電子像のうちの少なくとも一方と、左側反射電子像および右側反射電子像とを含む反射電子像を作成し、各反射電子像に基づいて、当該反射電子像よりも、±X方向または±Y方向における磁区コントラストが強調され、且つ、凹凸コントラストが緩和された反射電子像として、X方向磁区コントラスト強調画像およびY方向磁区コントラスト強調画像を作成し、作成したX方向磁区コントラスト強調画像およびY方向磁区コントラスト強調画像を用いて試料Sの磁区構造を取得する。したがって、特定の磁化方向を有する磁区を明るく(あるいは暗く)して撮像することが可能になり、更にはそれぞれの反射電子像を加算あるいは減算して凹凸コントラストを緩和しつつ磁区コントラストを強調することができる。したがって、試料S表面を精密に平らにしなくても、磁区構造に関する情報(磁区のサイズおよび形状や磁区内の磁化方向)として高精度な情報を得ることができる。また、EBSD画像における菊池バンド位置の解析結果から結晶方位の情報も併せて取得することが可能になる。したがって、結晶方位マップと磁区を同じ領域で観察することができ鋼板の結晶方位に関する情報と磁区構造に関する情報(磁区のサイズおよび形状や磁区内の磁化方向)とを同一視野で観察することができる。
As described above, in this embodiment, a backscattered electron image of the sample S is created for at least a portion of the region above, below, to the left, and to the right of the center of the
(変形例)
本実施形態では、Y方向磁区コントラスト緩和画像の画素値から上側反射電子像の画素値を減算することにより、凹凸コントラストが緩和され、且つ、±X方向における磁区コントラストが強調された第2X方向磁区コントラスト強調画像を作成する場合を例示した。しかしながら、前述したように、凹凸コントラストは上側反射電子像と下側反射電子像とで逆転する傾向がある。さらに、下側反射電子像では、最も明るく観察される領域が+X方向(すなわち[100]方向に対応する方向)の磁化方向を有する磁区に対応し、最も暗く観察される領域が-X方向(すなわち[-100]方向に対応する方向)の磁化方向を有する磁区に対応する。したがって、下側反射電子像には、±X方向の磁化方向を有する磁区に加えて試料S表面の凹凸の情報が含まれる。そこで、このことを利用して、Y方向磁区コントラスト緩和画像の画素値に下側反射電子像の画素値を加算することによっても、凹凸コントラストが緩和され、且つ、±X方向における磁区コントラストを強調された第3X方向磁区コントラスト強調画像をX方向磁区コントラスト強調画像の一つとして作成しても良い。したがって、第2反射電子像作成部144は、第1X方向磁区コントラスト強調画像および第2X方向磁区コントラスト強調画像の少なくとも一方に加えてまたは代えて第3X方向磁区コントラスト強調画像を作成しても良い。なお、前述したように凹凸コントラストは、上側反射電子像と下側反射電子像とで逆転するので、図9に示す例では、下側反射電子像の磁区901、902における画素値は、それぞれ0、8(=1+7)になる。したがって、図9(a)および図9(b)に示す例では、図9(b)に示す磁区901、902における画素値(2、14)に、下側反射電子像の磁区901、902における画素値(0、8)を加算することにより、第3X方向磁区コントラスト強調画像においては、±X方向における磁区コントラストは12から20(=22-2)になり、±X方向における磁区コントラストをより一層強調すると共に凹凸コントラスを緩和することができる。このような第3X方向磁区コントラスト強調画像を作成する場合には、下側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像が必要になるので、第1反射電子像作成部143は、下側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像を作成する。この場合、第1反射電子像作成部143は、上側反射電子像を作成しなくても良い。
(Modification)
In this embodiment, the pixel values of the upper backscattered electron image are subtracted from the pixel values of the Y-direction magnetic domain contrast relaxed image to create a second X-direction magnetic domain contrast enhanced image in which the topographical contrast is relaxed and the magnetic domain contrast in the ±X direction is enhanced. However, as described above, the topographical contrast tends to be reversed between the upper backscattered electron image and the lower backscattered electron image. Furthermore, in the lower backscattered electron image, the brightest observed region corresponds to the magnetic domain having the magnetization direction in the +X direction (i.e., the direction corresponding to the [100] direction), and the darkest observed region corresponds to the magnetic domain having the magnetization direction in the −X direction (i.e., the direction corresponding to the [−100] direction). Therefore, the lower backscattered electron image contains information on the topographical contrast of the surface of the sample S in addition to the magnetic domains having the magnetization direction in the ±X direction. Therefore, by utilizing this, a third X-direction magnetic domain contrast-enhanced image in which the unevenness contrast is relaxed and the magnetic domain contrast in the ±X directions is enhanced may be created as one of the X-direction magnetic domain contrast-enhanced images by adding the pixel values of the lower backscattered electron image to the pixel values of the Y-direction magnetic domain contrast relaxed image. Therefore, the second backscattered electron image creation unit 144 may create a third X-direction magnetic domain contrast-enhanced image in addition to or in place of at least one of the first X-direction magnetic domain contrast-enhanced image and the second X-direction magnetic domain contrast-enhanced image. As described above, the unevenness contrast is reversed between the upper backscattered electron image and the lower backscattered electron image, so in the example shown in Fig. 9, the pixel values of the
また、本実施形態では、試料Sの[100],[-100]方向をそれぞれ試料S表面の+X方向、-X方向のいずれかに対応するようにすると共に、試料Sの[010],[0-10]方向をそれぞれ試料S表面の+Y方向、-Y方向のいずれかに対応するようにするように試料Sを試料ホルダー112にセットして、X方向磁区コントラスト強調画像(第1~第3X方向磁区コントラスト強調画像の少なくとも1つ)と、Y方向磁区コントラスト強調画像を作成し、磁区構造マップを作成する場合を例示した。しかしながら、前述したように、試料Sの[100],[-100]方向をそれぞれ試料S表面の+Y方向、-Y方向のいずれかに対応するようにすると共に、試料Sの[010],[0-10]方向をそれぞれ試料S表面の+X方向、-X方向のいずれかに対応するようにするように試料Sを試料ホルダー112にセットして(すなわち、±X方向と±Y方向とが入れ替わるように試料Sを90°回転させて)、X方向磁区コントラスト強調画像およびY方向磁区コントラスト強調画像を作成し、磁区構造マップを作成しても良い。また、このように±X方向と±Y方向とが入れ替わるように試料Sを90°回転させた状態のそれぞれにおいてX方向磁区コントラスト強調画像およびY方向磁区コントラスト強調画像を作成し、これらのX方向磁区コントラスト強調画像およびY方向磁区コントラスト強調画像を用いて、磁区構造マップを作成しても良い。このようにすれば、例えば、±X方向と±Y方向とが入れ替わるように試料Sを90°回転させた状態のそれぞれにおいて作成したX方向磁区コントラスト強調画像およびY方向磁区コントラスト強調画像を用いて磁区構造に関する情報(磁区のサイズおよび形状や磁区内の磁化方向)を定めることができるので、磁区構造マップ(磁区構造に関する情報)の精度をより向上させることができる。例えば、試料Sの[100],[-100]方向をそれぞれ試料S表面の+X方向、-X方向のいずれかに対応するようにすると共に、試料Sの[010],[0-10]方向をそれぞれ試料S表面の+Y方向、-Y方向のいずれかに対応するようにするように試料Sを試料ホルダー112にセットして作成したX方向磁区コントラスト強調画像およびY方向磁区コントラスト強調画像から得られる磁区コントラストが妥当であるか否かを、試料Sの[100],[-100]方向をそれぞれ試料S表面の+Y方向、-Y方向のいずれかに対応するようにすると共に、試料Sの[010],[0-10]方向をそれぞれ試料S表面の+X方向、-X方向のいずれかに対応するようにするように試料Sを試料ホルダー112にセットして作成したX方向磁区コントラスト強調画像およびY方向磁区コントラスト強調画像を用いて確認することができる。 In addition, in this embodiment, the sample S is set in the sample holder 112 so that the [100] and [-100] directions of the sample S correspond to either the +X direction or the -X direction on the surface of the sample S, respectively, and the [010] and [0-10] directions of the sample S correspond to either the +Y direction or the -Y direction on the surface of the sample S, respectively, to create an X-direction magnetic domain contrast enhanced image (at least one of the first to third X-direction magnetic domain contrast enhanced images) and a Y-direction magnetic domain contrast enhanced image, and a magnetic domain structure map is created. However, as described above, the sample S may be set in the sample holder 112 so that the [100] and [-100] directions of the sample S correspond to either the +Y direction or the -Y direction on the surface of the sample S, respectively, and the [010] and [0-10] directions of the sample S correspond to either the +X direction or the -X direction on the surface of the sample S, respectively (i.e., the sample S is rotated 90° so that the ±X direction and the ±Y direction are interchanged), and an X-direction magnetic domain contrast enhanced image and a Y-direction magnetic domain contrast enhanced image may be created, and a magnetic domain structure map may be created. Also, an X-direction magnetic domain contrast enhanced image and a Y-direction magnetic domain contrast enhanced image may be created in each state in which the sample S is rotated 90° so that the ±X direction and the ±Y direction are interchanged in this way, and a magnetic domain structure map may be created using these X-direction magnetic domain contrast enhanced image and Y-direction magnetic domain contrast enhanced image. In this way, for example, information regarding the magnetic domain structure (size and shape of the magnetic domains, and magnetization direction within the magnetic domains) can be determined using an X-direction magnetic domain contrast-enhanced image and a Y-direction magnetic domain contrast-enhanced image created in each state after rotating the sample S by 90° so that the ±X direction and the ±Y direction are interchanged, thereby further improving the accuracy of the magnetic domain structure map (information regarding the magnetic domain structure). For example, whether the magnetic domain contrast obtained from the X-direction magnetic domain contrast enhanced image and the Y-direction magnetic domain contrast enhanced image created by setting the sample S in the sample holder 112 so that the [100] and [-100] directions of the sample S correspond to either the +X direction or the -X direction of the sample S surface, respectively, and the [010] and [0-10] directions of the sample S correspond to either the +Y direction or the -Y direction of the sample S surface, respectively, is appropriate can be confirmed using the X-direction magnetic domain contrast enhanced image and the Y-direction magnetic domain contrast enhanced image created by setting the sample S in the sample holder 112 so that the [100] and [-100] directions of the sample S correspond to either the +Y direction or the -Y direction of the sample S surface, respectively, and the [010] and [0-10] directions of the sample S correspond to either the +X direction or the -X direction of the sample S surface, respectively.
次に、実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
市販のFe-3質量%Si合金を試料として用い、表面を電解研磨後に走査型電子顕微鏡内のEBSD装置を用いて結晶方位を計測した。その後、表面がBCC構造の(001)面に平行となるように試料に対して切り出し加工を行い、表面加工歪を除去するために試料表面を電解研磨で仕上げた。更に図1のEBSD測定のセットアップにおいて+X方向が[100]方向に平行となり、且つ+Y方向が[010]方向に平行となるよう試料を試料ホルダー(EBSDホルダー)に張り付けた。
Next, examples will be described, but the present invention is not limited to the following examples.
A commercially available Fe-3 mass% Si alloy was used as a sample, and the crystal orientation was measured using an EBSD device in a scanning electron microscope after the surface was electrolytically polished. The sample was then cut out so that the surface was parallel to the (001) plane of the BCC structure, and the sample surface was finished by electrolytic polishing to remove surface processing distortion. Furthermore, in the EBSD measurement setup of Figure 1, the sample was attached to a sample holder (EBSD holder) so that the +X direction was parallel to the [100] direction and the +Y direction was parallel to the [010] direction.
当該試料ホルダーを走査型電子顕微鏡内に挿入し、70°傾斜させた。走査型電子顕微鏡の電子銃の加速電圧は25kVに設定した。集束した電子線プローブを試料に照射し、走査することで測定点ごとにEBSD画像を得た。EBSD画像は測定点の位置情報と共にデジタル情報として保存した。EBSD画像の解像度は100ピクセル×100ピクセルとした。またEBSD画像は8ビットで保存した。EBSD画像から結晶方位情報(オイラー角)を計算するため、市販のEBSD解析ソフトウェア(EDAX社製 OIM Data Collection 7)を使用した。
The sample holder was inserted into a scanning electron microscope and tilted by 70°. The acceleration voltage of the electron gun of the scanning electron microscope was set to 25 kV. A focused electron beam probe was irradiated onto the sample, and an EBSD image was obtained for each measurement point by scanning. The EBSD images were saved as digital information together with the position information of the measurement points. The resolution of the EBSD images was 100 pixels x 100 pixels. The EBSD images were saved in 8 bits. Commercially available EBSD analysis software (
図10にEBSD分析により得られた結晶方位マップ1000の一例を示す。前述したように結晶方位マップ1000は、試料表面に平行な結晶面の方位をカラーマップ化したものである。表記の都合上、図10では、グレースケール化されているが、図10に示す結晶方位マップ1000は、赤い単色である。したがって、試料の結晶方位の観察領域内は単結晶であって、表面が(001)面にほぼ平行であることが分かる。 Figure 10 shows an example of a crystal orientation map 1000 obtained by EBSD analysis. As mentioned above, the crystal orientation map 1000 is a color map of the orientation of crystal planes parallel to the sample surface. For convenience of notation, the map is grayscaled in Figure 10, but the crystal orientation map 1000 shown in Figure 10 is a single red color. Therefore, it can be seen that the crystal orientation observation area of the sample is a single crystal, and the surface is approximately parallel to the (001) plane.
図11に示すように、100ピクセル×100ピクセルのEBSD画像を計算機上で上下方向および左右方向にそれぞれ5等分して25個の分割領域に分け、各領域における画素の画素値(画素強度)を積算した。25個の分割領域に分けたEBSD画像において、上下左右の端における中央部の3マスの分割領域を選択し、この3マスの領域における画素強度を計算し、これを測定点ごとに並べて反射電子像を形成した。図11(a)は、上側反射電子像を作成する際に選択される分割領域を示し、図11(b)は、下側反射電子像を作成する際に選択される分割領域を示し、図11(c)は、左側反射電子像を作成する際に選択される分割領域を示し、図11(d)は、右側反射電子像を作成する際に選択される分割領域を示す。図11(a)~図11(d)において、濃く示している3個の分割領域が選択される分割領域であることを示す。EBSD検出器の分割領域に対応するようにEBSD画像においても分割領域を設定し、図11(a)~図11(d)において濃く示している3個の分割領域に対応するEBSD画像の3個の分割領域の画素値を積算した値を測定点の画素値として格納することを試料の各測定点について実行することにより、上側反射電子像、下側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像を作成した。上側反射電子像、下側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像に対して斜め方向のグラデーションを除去するバックグラウンド処理を実行した。以下の説明において、上側反射電子像、下側反射電子像、左側反射電子像、および右側反射電子像は、バックグラウンド処理が実行されたものであるものとする。 As shown in FIG. 11, an EBSD image of 100 pixels x 100 pixels was divided into 5 equal parts vertically and horizontally on a computer to divide it into 25 divided regions, and the pixel values (pixel intensity) of the pixels in each region were integrated. In the EBSD image divided into 25 divided regions, three divided regions in the center at the top, bottom, left, and right ends were selected, and the pixel intensities in these three regions were calculated. These were then arranged for each measurement point to form a backscattered electron image. FIG. 11(a) shows the divided regions selected when creating an upper backscattered electron image, FIG. 11(b) shows the divided regions selected when creating a lower backscattered electron image, FIG. 11(c) shows the divided regions selected when creating a left backscattered electron image, and FIG. 11(d) shows the divided regions selected when creating a right backscattered electron image. In FIG. 11(a) to FIG. 11(d), the three divided regions shown in darker shades indicate the selected divided regions. A divided area was also set in the EBSD image to correspond to the divided area of the EBSD detector, and the pixel values of the three divided areas of the EBSD image corresponding to the three divided areas shown dark in Figures 11(a) to 11(d) were integrated and stored as the pixel value of the measurement point for each measurement point of the sample, thereby creating an upper reflected electron image, a lower reflected electron image, a left reflected electron image, and a right reflected electron image. Background processing was performed on the upper reflected electron image, the lower reflected electron image, the left reflected electron image, and the right reflected electron image to remove diagonal gradation. In the following description, it is assumed that the upper reflected electron image, the lower reflected electron image, the left reflected electron image, and the right reflected electron image have been subjected to background processing.
EBSD検出器の中心よりも上側(図11(a)に示す上側の端における中央部の3つの分割領域)に届いた反射電子のみで形成した上側反射電子像1200を図12に示す。図12に示す上側反射電子像1200では、試料表面の凹凸に由来する凹凸コントラストが得られており、磁区構造がはっきりとは見えなかった。前述した理由(第1の理由~第2の理由)によるものと考えられる。
Figure 12 shows an upper backscattered electron image 1200 formed only from backscattered electrons that reached above the center of the EBSD detector (the three divided regions in the center at the upper end shown in Figure 11(a)). In the upper backscattered electron image 1200 shown in Figure 12, a topographical contrast resulting from the topographical irregularities on the sample surface was obtained, and the magnetic domain structure was not clearly visible. This is thought to be due to the reasons mentioned above (
EBSD検出器の中心よりも下側(図11(b)に示す下側の端における中央部の3つの分割領域)に届いた反射電子のみで形成した下側反射電子像1300を図13に示す。図13に示す下側反射電子像1300では、樹枝状の磁区構造が明瞭に観察されており、明るく観察される領域は磁化方向が-X方向の磁区に対応し、暗く観察される領域は磁化方向が+X方向の磁区に対応する。ただし、磁区コントラスト以外に凹凸コントラストが重畳していることから磁区コントラストのみで反射電子像のコントラストが形成しているとはいえない。 Figure 13 shows a lower backscattered electron image 1300 formed only by the backscattered electrons that reached below the center of the EBSD detector (the three divided regions in the center at the lower end shown in Figure 11 (b)). In the lower backscattered electron image 1300 shown in Figure 13, a dendritic magnetic domain structure is clearly observed, with the brightly observed regions corresponding to magnetic domains whose magnetization direction is in the -X direction and the darkly observed regions corresponding to magnetic domains whose magnetization direction is in the +X direction. However, since a concavo-convex contrast is superimposed in addition to the magnetic domain contrast, it cannot be said that the contrast of the backscattered electron image is formed only by the magnetic domain contrast.
そこで図12に示す上側反射電子像1200で得られた凹凸コントラストを考慮して、凹凸コントラストを、図13に示す下側反射電子像1300から可能な限り除去した結果が、図14に示す第1X方向磁区コントラスト強調画像1400である。第1X方向磁区コントラスト強調画像1400は、凹凸コントラストを緩和するために、図12に示す上側反射電子像1200の画素値と図13に示す下側反射電子像1300の画素値とを加算することにより得られる。図14に示す第1X方向磁区コントラスト強調画像1400では、図13に示す下側反射電子像1300に比べ、凹凸コントラストが緩和され±X方向における磁区コントラストがより明瞭になっている。一方、図12に示す上側反射電子像1200の画素値から図13に示す下側反射電子像1300の画素値を減算することにより作成した反射電子像を図15に示す。図15に示す反射電子像では、図14に示す第1X方向磁区コントラスト強調画像1400に比べ、凹凸コントラストが緩和されず、±X方向における磁区コントラストが強調されない。 Therefore, taking into consideration the unevenness contrast obtained in the upper reflected electron image 1200 shown in FIG. 12, the unevenness contrast was removed as much as possible from the lower reflected electron image 1300 shown in FIG. 13, resulting in the first X-direction magnetic domain contrast-enhanced image 1400 shown in FIG. 14. The first X-direction magnetic domain contrast-enhanced image 1400 is obtained by adding the pixel values of the upper reflected electron image 1200 shown in FIG. 12 and the pixel values of the lower reflected electron image 1300 shown in FIG. 13 in order to reduce the unevenness contrast. In the first X-direction magnetic domain contrast-enhanced image 1400 shown in FIG. 14, the unevenness contrast is reduced and the magnetic domain contrast in the ±X directions is clearer than in the lower reflected electron image 1300 shown in FIG. 13. On the other hand, a reflected electron image created by subtracting the pixel values of the lower reflected electron image 1300 shown in FIG. 13 from the pixel values of the upper reflected electron image 1200 shown in FIG. 12 is shown in FIG. 15. In the backscattered electron image shown in FIG. 15, the unevenness contrast is not reduced and the magnetic domain contrast in the ±X directions is not emphasized, compared to the first X-direction magnetic domain contrast-enhanced image 1400 shown in FIG. 14.
次に、EBSD検出器の中心よりも左側(図11(c)に示す左側の端における中央部の3つの分割領域)に届いた反射電子のみで形成した左側反射電子像1600を図16に示す。また、EBSD検出器の中心よりも右側(図11(d)に示す右側の端における中央部の3つの分割領域)に届いた反射電子のみで形成した右側反射電子像1700を図17に示す。 Next, FIG. 16 shows a left-side backscattered electron image 1600 formed only by backscattered electrons that reach the left side of the center of the EBSD detector (the three divided areas in the center at the left end shown in FIG. 11(c)). FIG. 17 shows a right-side backscattered electron image 1700 formed only by backscattered electrons that reach the right side of the center of the EBSD detector (the three divided areas in the center at the right end shown in FIG. 11(d)).
図16および図17に示す左側反射電子像1600および右側反射電子像1700では、樹枝状の磁区構造が明瞭に観察されているが、図13に示す下側反射電子像1300とはコントラストが異なることが分かる。これは前述したようにEBSD検出器のどの場所に到達した電子を用いて反射電子像を構築するかで、明るく映る磁区を変えることができるためである。図16および図17に示す左側反射電子像1600および右側反射電子像1700において明るく映るコントラストが逆転している領域は、磁化方向が±Y方向で反転している領域(=磁区)に対応している。図16に示す左側反射電子像1600の画素値から図17に示す右側反射電子像1700の画素値を減算することにより作成したY方向磁区コントラスト強調画像1800を図18に示す。図18に示すY方向磁区コントラスト強調画像1800では、図16に示す左側反射電子像1600および図17に示す右側反射電子像1700に比べ、凹凸コントラストが緩和され磁区コントラストが強調されている。Y方向磁区コントラスト強調画像1800において、最も暗く映る磁区が+Y方向の磁化方向の磁区であって、最も明るい領域が-Y方向の磁化方向の磁区である。 In the left backscattered electron image 1600 and the right backscattered electron image 1700 shown in Figs. 16 and 17, the dendritic magnetic domain structure is clearly observed, but it can be seen that the contrast is different from that of the lower backscattered electron image 1300 shown in Fig. 13. This is because, as described above, the magnetic domains that appear bright can be changed depending on which part of the EBSD detector the electrons reaching are used to construct the backscattered electron image. The areas in which the contrast appears bright in the left backscattered electron image 1600 and the right backscattered electron image 1700 shown in Figs. 16 and 17 is reversed correspond to areas (= magnetic domains) in which the magnetization direction is reversed in the ±Y direction. Fig. 18 shows a Y-direction magnetic domain contrast-enhanced image 1800 created by subtracting the pixel values of the right backscattered electron image 1700 shown in Fig. 17 from the pixel values of the left backscattered electron image 1600 shown in Fig. 16. In the Y-direction magnetic domain contrast-enhanced image 1800 shown in FIG. 18, the unevenness contrast is reduced and the magnetic domain contrast is enhanced compared to the left-side backscattered electron image 1600 shown in FIG. 16 and the right-side backscattered electron image 1700 shown in FIG. 17. In the Y-direction magnetic domain contrast-enhanced image 1800, the darkest magnetic domains are those magnetized in the +Y direction, and the brightest regions are those magnetized in the -Y direction.
次に、図16に示す左側反射電子像1600の画素値と図17に示す右側反射電子像1700の画素値とを加算することにより作成したY方向磁区コントラスト緩和画像1900を図19に示す。図19に示すY方向磁区コントラスト緩和画像1900においては、図16に示す左側反射電子像1600と図17に示す右側反射電子像1700とで反転する磁区コントラスト(磁化方向が+Y方向および-Y方向の磁区)が足し合わされることで磁区コントラストが緩和され、磁化方向が+X方向/-X方向の磁区を強調することができる。しかしながら、Y方向磁区コントラスト緩和画像1900には、±X方向における磁区コントラストに凹凸コントラストが重畳することにより±X方向における磁区コントラストが観察されがたい。そこで、図19に示すY方向磁区コントラスト緩和画像1900の画素値から、図12に示す上側反射電子像1200の画素値を減算すると、図20に示す第2X方向磁区コントラスト強調画像2000が得られ、凹凸コントラストが緩和され±X方向における磁区コントラストがより強調された。 Next, FIG. 19 shows a Y-direction magnetic domain contrast relaxed image 1900 created by adding the pixel values of the left-side reflected electron image 1600 shown in FIG. 16 and the right-side reflected electron image 1700 shown in FIG. 17. In the Y-direction magnetic domain contrast relaxed image 1900 shown in FIG. 19, the magnetic domain contrast (magnetic domains whose magnetization directions are +Y and -Y directions) that are inverted in the left-side reflected electron image 1600 shown in FIG. 16 and the right-side reflected electron image 1700 shown in FIG. 17 are added together, so that the magnetic domain contrast is relaxed, and the magnetic domains whose magnetization directions are +X and -X directions can be emphasized. However, in the Y-direction magnetic domain contrast relaxed image 1900, the magnetic domain contrast in the ±X directions is difficult to observe because the concavo-convex contrast is superimposed on the magnetic domain contrast in the ±X directions. Therefore, by subtracting the pixel values of the upper reflected electron image 1200 shown in FIG. 12 from the pixel values of the Y-direction magnetic domain contrast relaxed image 1900 shown in FIG. 19, a second X-direction magnetic domain contrast enhanced image 2000 shown in FIG. 20 is obtained, in which the unevenness contrast is relaxed and the magnetic domain contrast in the ±X directions is further enhanced.
以上の結果から、試料の磁区構造の観察領域内における各磁区の領域と各磁区内の磁化方向とを可視化した図が図21に示す磁区構造マップ2100である。試料の結晶方位の観察領域と磁区構造の観察領域は一致している。したがって、図10に示す結晶方位マップ1000と図21に示す磁区構造マップ2100は、全くの同一領域のものである。よって、結晶方位と磁区構造とを同一視野で観察することができる。 From the above results, the magnetic domain structure map 2100 shown in Figure 21 is a diagram that visualizes the area of each magnetic domain within the observation area of the magnetic domain structure of the sample and the magnetization direction within each magnetic domain. The observation area of the crystal orientation of the sample and the observation area of the magnetic domain structure are the same. Therefore, the crystal orientation map 1000 shown in Figure 10 and the magnetic domain structure map 2100 shown in Figure 21 are of exactly the same area. Therefore, the crystal orientation and the magnetic domain structure can be observed in the same field of view.
また、EBSD検出器の全体に届いた反射電子のみで反射電子像(通常の反射電子像)を形成した結果を、図22に示す。図22に示す全領域反射電子像2200では、凹凸コントラストが磁区コントラストに重畳しており、且つ、この像のみでは磁区内の磁化方向について知見を得ることができない。 Figure 22 shows the result of forming a backscattered electron image (normal backscattered electron image) using only the backscattered electrons that reached the entire EBSD detector. In the full-area backscattered electron image 2200 shown in Figure 22, the topography contrast is superimposed on the magnetic domain contrast, and this image alone does not provide any insight into the magnetization direction within the magnetic domains.
なお、以上説明した本発明の実施形態および実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments and examples of the present invention are merely examples of how the present invention can be implemented, and the technical scope of the present invention should not be interpreted in a limiting manner. In other words, the present invention can be implemented in various forms without departing from its technical concept or main features.
110 走査型電子顕微鏡
111 光学系
112 試料ホルダー
120 EBSD検出器
130 撮像装置
140 情報処理装置
141 画像取得部
142 結晶方位取得部
143 第1反射電子像作成部
144 第2反射電子像作成部
145 磁区構造取得部
310 EBSD画像
320 結晶方位マップ
330 反射電子像
510 試料に内部磁場が存在しない場合の反射電子の到達位置
511 試料に+X方向の内部磁場が存在する場合の反射電子の到達位置
512 試料に-X方向の内部磁場が存在する場合の反射電子の到達位置
611 試料に+Y方向の内部磁場が存在する場合の反射電子の到達位置
612 試料に-Y方向の内部磁場が存在する場合の反射電子の到達位置
701~702 相互に隣接する磁化方向が±X方向の磁区
801~802 相互に隣接する磁化方向が±Y方向の磁区
901~902 相互に隣接する磁化方向が±X方向の磁区
1000 結晶方位マップ
1200 上側反射電子像
1300 下側反射電子像
1400 第1X方向磁区コントラスト強調画像
1600 左側反射電子像
1700 右側反射電子像
1800 Y方向磁区コントラスト強調画像
1900 Y方向磁区コントラスト緩和画像
2000 第2X方向磁区コントラスト強調画像
2100 磁区構造マップ
2200 全領域反射電子像
BE 反射電子
DU 上側に向かう反射電子の試料内の移動距離
DD 下側に向かう反射電子の試料内の移動距離
EP 電子線プローブ
S 試料
110 Scanning electron microscope 111 Optical system 112 Sample holder 120 EBSD detector 130 Imaging device 140 Information processing device 141 Image acquisition section 142 Crystal orientation acquisition section 143 First reflected electron image creation section 144 Second reflected electron image creation section 145 Magnetic domain structure acquisition section 310 EBSD image 320 Crystal orientation map 330 Reflected electron image 510 Arrival position of reflected electrons when no internal magnetic field exists in the sample 511 Arrival position of reflected electrons when an internal magnetic field in the +X direction exists in the sample 512 Arrival position of reflected electrons when an internal magnetic field in the -X direction exists in the sample 611 Arrival position of reflected electrons when an internal magnetic field in the +Y direction exists in the sample 612 Arrival position of reflected electrons when an internal magnetic field in the -Y direction exists in the sample 701-702 Magnetic domains whose magnetization directions are adjacent to each other in the ±X direction 801-802 Magnetic domains adjacent to each other with magnetization directions in ±Y directions 901-902 Magnetic domains adjacent to each other with magnetization directions in ±X directions 1000 Crystal orientation map 1200 Upper backscattered electron image 1300 Lower backscattered electron image 1400 First X-direction magnetic domain contrast-enhanced image 1600 Left-side backscattered electron image 1700 Right-side backscattered electron image 1800 Y-direction magnetic domain contrast-enhanced image 1900 Y-direction magnetic domain contrast relaxation image 2000 Second X-direction magnetic domain contrast-enhanced image 2100 Magnetic domain structure map 2200 Full-area backscattered electron image BE Backscattered electron DU Travel distance within the sample of the backscattered electron heading upward DD Travel distance within the sample of the backscattered electron heading downward EP Electron beam probe S Sample
Claims (7)
前記EBSD検出器において、前記電子線を前記EBSD検出器に射影した場合に、当該射影された前記電子線の照射方向に平行な方向を照射平行方向、当該照射平行方向に反平行な方向を照射反平行方向、当該照射平行方向に垂直な互いに反平行となる2つの方向をそれぞれ第1照射側方向、第2照射側方向とし、
前記試料表面が前記BCC構造の(001)面に対応するように前記試料を調整する試料調整工程と、
結晶の[100]方向および[-100]方向が、前記照射平行方向および前記照射反平行方向と、前記第1照射側方向および前記第2照射側方向と、のうちの一方に対応し、且つ、結晶の[010]方向および[0-10]方向が、他方に対応するように、前記試料を前記電子顕微鏡内にセットする試料セット工程と、
前記試料セット工程でセットされた前記試料に対する前記EBSD画像の一部の領域の反射電子の強度を算出することを、前記測定点を異ならせて実行することにより、当該EBSD画像の一部の領域における反射電子像を作成する第1反射電子像作成工程と、
前記第1反射電子像作成工程で作成された反射電子像に基づいて、当該反射電子像よりも、[100]方向および[-100]方向に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラスト、または、[010]方向および[0-10]方向に対応する磁化方向を有する磁区に由来するコントラストが強調され、且つ、前記試料表面の形状に由来するコントラストが緩和された反射電子像を作成する第2反射電子像作成工程と、
前記第2反射電子像作成工程で作成された反射電子像を用いて、前記試料中の各磁区のサイズ、形状、および磁化方向を示す情報を取得する磁区構造取得工程と、
を有し、
前記第1反射電子像作成工程では、前記EBSD画像の、前記測定点に対応する位置よりも前記照射反平行方向側の少なくとも一部の領域における反射電子像である照射反平行方向側反射電子像と、前記EBSD画像の、前記測定点に対応する位置よりも前記照射平行方向側の少なくとも一部の領域における反射電子像である照射平行方向側反射電子像と、のうち少なくとも一方の反射電子像と、前記EBSD画像の領域の、前記測定点に対応する位置よりも前記第1照射側方向側の少なくとも一部の領域における反射電子像である第1照射側方向側反射電子像と、前記EBSD画像の領域の、前記測定点に対応する位置よりも前記第2照射側方向側の少なくとも一部の領域における反射電子像である第2照射側方向側反射電子像と、を作成する、鋼板中の磁区観察方法。 A method for observing magnetic domains in a steel sheet, the method comprising: irradiating a measurement point of a sample made of a steel sheet having a body centered cubic (BCC) structure with an electron beam in an electron microscope; and using an electron backscatter diffraction (EBSD) image showing a diffraction pattern of reflected electrons that reach an EBSD detector, the method comprising the steps of:
In the EBSD detector, when the electron beam is projected onto the EBSD detector, a direction parallel to the irradiation direction of the projected electron beam is defined as an irradiation parallel direction, a direction anti-parallel to the irradiation parallel direction is defined as an irradiation anti-parallel direction, and two directions perpendicular to the irradiation parallel direction and anti-parallel to each other are defined as a first irradiation side direction and a second irradiation side direction, respectively;
a sample preparation step of preparing the sample so that the sample surface corresponds to the (001) plane of the BCC structure;
a sample setting step of setting the sample in the electron microscope such that the [100] direction and the [−100] direction of the crystal correspond to one of the irradiation parallel direction and the irradiation anti-parallel direction, and the first irradiation side direction and the second irradiation side direction, and the [010] direction and the [0−10] direction of the crystal correspond to the other;
a first backscattered electron image creating step of calculating an intensity of backscattered electrons in a partial region of the EBSD image for the sample set in the sample setting step while varying the measurement point, thereby creating a backscattered electron image in the partial region of the EBSD image;
a second backscattered electron image creating step of creating a backscattered electron image based on the backscattered electron image created in the first backscattered electron image creating step, in which a contrast derived from magnetic domains having magnetization directions corresponding to the [100] direction and the [−100] direction or a contrast derived from magnetic domains having magnetization directions corresponding to the [010] direction and the [0-10] direction is emphasized and a contrast derived from the shape of the sample surface is alleviated compared to the backscattered electron image created in the first backscattered electron image creating step;
a magnetic domain structure acquiring step of acquiring information indicating the size, shape, and magnetization direction of each magnetic domain in the sample using the backscattered electron image created in the second backscattered electron image creating step;
having
The first reflected electron image creation step creates at least one of an anti-parallel-irradiation direction side reflected electron image which is a reflected electron image in at least a partial region of the EBSD image on the anti-parallel-irradiation direction side of the position corresponding to the measurement point and a parallel-irradiation direction side reflected electron image which is a reflected electron image in at least a partial region of the EBSD image on the parallel-irradiation direction side of the position corresponding to the measurement point, a first irradiation lateral direction side reflected electron image which is a reflected electron image in at least a partial region of the EBSD image on the first irradiation lateral direction side of the position corresponding to the measurement point, and a second irradiation lateral direction side reflected electron image which is a reflected electron image in at least a partial region of the EBSD image on the second irradiation lateral direction side of the position corresponding to the measurement point.
前記試料中の各磁区のサイズ、形状、および磁化方向を示す情報は、前記試料の結晶方位の観察領域を含む領域の情報である、請求項1~6のいずれか1項に記載の鋼板中の磁区観察方法。 the backscattered electron image created in the first backscattered electron image creating step is an image including an observation region of a crystal orientation of the sample that is analyzed based on the EBSD image,
The method for observing magnetic domains in a steel sheet according to any one of claims 1 to 6, wherein the information indicating the size, shape, and magnetization direction of each magnetic domain in the sample is information of a region including an observation region of the crystal orientation of the sample.
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