基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法技术

基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法，属于极紫外多层膜技术领域。解决了现有设计方法耗时长、求解效率和求解精度低的问题。本发明专利技术的设计方法先对膜系进行量子编码，然后采用评价函数对种群中量子染色体个体的适应度值进行计算，并保存最优的膜系；再判断最优膜系是否满足优化准则，若满足优化准则，算法停止，输出膜系结构；若不满足优化准则，对个体进行单实数基因位变异，判断个体的单实数基因位变异是否为有效进化，若为有效进化，采用量子旋转门对相应的量子概率幅进行更新，再采用精英保留策略，更新最优的多层膜膜系，直至进化完成。该设计方法耗时短、求解效率和求解精度高。

Design method of wide spectrum ultra violet multilayer film based on improved quantum evolutionary algorithm

The design method of wide spectrum ultraviolet multilayer film based on improved quantum evolutionary algorithm belongs to the field of extreme ultraviolet multilayer film technology. It solves the problems of long time consuming, low efficiency and low precision of the existing design methods. The design method of the invention of the first quantum encoding of the film, and then use the evaluation function to adapt to the individual in the population of the quantum chromosomes are calculated, and preserving the best film; and then determine the optimal membrane system meets the optimization criterion, if meet the optimization criterion, the algorithm stopped, the output film structure; if the optimization criterion meet, single gene mutation of real individuals, to determine a single individual real gene mutation is effective for effective evolution, evolution, the quantum probability amplitude of quantum rotation gate in the corresponding update, then use the elitist strategy of multilayer films to update the optimal system, until the completion of evolution. The design method has the advantages of short time consuming, high efficiency and high precision.

【技术实现步骤摘要】
基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法
本专利技术属于极紫外(EUV)多层膜
，具体涉及一种基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜的设计方法，尤其适用于高反射率的宽光谱极紫外多层膜的设计。
技术介绍
极紫外一般是指波长为几纳米至几十纳米的特殊光波段，在该波段内存在着大量的原子共振线和吸收线，几乎所有材料对该波段的辐射都存在着极强的吸收且折射率接近于1。由于这种强吸收作用，使得极紫外波段辐射研究十分困难。1972年，E.Spiller首次提出采用高折射率材料和低折射率材料交替制备λ/4波堆的多层膜结构，在理论上可以获得较高的非掠入射反射率，这个思路给EUV波段辐射研究带来了曙光。经过几十年来，国内外相关学者的不懈努力，极紫外多层膜已经在极紫外光刻、极紫外天文观测、光谱仪以及等离子体诊断等诸多领域中得到了广泛的应用。尤其，在极紫外天文观测中，极紫外多层膜反射镜是目前唯一能够实现在极紫外波段正入射的光学元件，同时极紫外多层膜反射镜也是下一代最具潜力的光刻技术—极紫外光刻技术的核心元件。目前，Mo/Si多层膜被证明是在众多的材料中最优选的组合，在lawrencelivermore国家实验室采用周期数为40，周期厚度为7nm的Mo/Si多层膜，在极紫外波段内获得了70％的高反射率。但是，在很多领域中，这种最高峰值的反射率并不是必需的，而且这种周期多层膜的反射光谱带宽过窄，这种特性对多层膜应用在某些领域中极为不利。尤其在一些基于多层膜设计的成像系统中，因为光通量的大小决定着成像质量的好坏。因此具有较宽光谱带宽的多层膜的研发备受国内外广大学者的关注。例如，德国IOF研究所研制出在正入射条件下，带宽为2.33nm且反射率近20％的极紫外多层膜；同济大学的科研小组研制出在正入射条件下，带宽近16nm且反射率近10％的极紫外多层膜。同时日本的Nikon公司、中科院上海光机所和中科院长春光机所等科研机构均在极紫外多层膜的研发方面开展了大量的工作，极大地推动了极紫外多层膜研究的发展。在一定程度上，极紫外多层膜的设计较强地依赖于计算机数值优化算法。目前在极紫外多层膜的设计中采用的算法有模拟退火算法、单纯形算法、遗传算法、量子进化算法等。模拟退火算法是一种全局搜索算法，求得最优解所消耗的时间较多，且随着问题规模的增大，程序运行时间也会大大增加。单纯形算法是一种局域搜索算法，所求得的一般是初始膜系附近的局部极值点。遗传算法存在着种群规模大、求解效率低以及计算过程复杂的问题。量子进化算法采用量子位编码，通过量子旋转门更新最优个体，具有种群规模小、求解精度高的优势，已在数值优化问题、组合优化问题、参数估计问题等诸多领域中得到应用，并且成为了新兴的膜系设计优化算法，但由于在求解的过程中无明确的方向性，求解效率仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有宽光谱极紫外多层膜设计方法耗时长、求解效率和求解精度低的问题，提供一种基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法，包括以下步骤：步骤一：输入基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法的初始参数值，初始参数值包括量子种群数进化代数、基因位个数、变异概率、加速系数、量子个体无效进化次数的最大值、量子种群规模N、多层膜优化设计的膜层数和多层膜膜层厚度参数的搜索区间；步骤二：对宽光谱极紫外多层膜膜系进行量子编码，得到初始化的宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群，表示为Q＝[q1,q2,…,qi,…,qN-1,qN](1)任意第i个量子染色体个体表示为其中，tMo-ji和tSi-ji分别表示吸收层和间隔层的几何厚度，[cosθji,sinθji]T表示量子概率幅；步骤三：采用评价函数对宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中量子染色体个体的适应度值进行计算，并保存当前适应度最优的膜系；所述评价函数为其中，MF表示宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中每一个量子染色体个体的评价系数，λ表示入射光波波长，λmin表示入射光波波长的最小值，λmax表示入射光波波长的最大值，R0(λ)表示宽光谱极紫外多层膜膜系的目标反射率，R(λ)表示宽光谱极紫外多层膜膜系的计算反射率；步骤四：判断步骤三得到的最优的膜系是否满足优化准则，若满足优化准则，算法停止，输出宽光谱极紫外多层膜膜系结构；若不满足优化准则，则继续以下步骤；步骤五：对宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中的每个量子染色体个体进行单实数基因位变异，生成子代宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群；所述宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中的每个量子染色体个体进行单实数基因位变异过程为：随机选择量子染色体个体中的某个实数基因位分支tji，针对该实数基因位分支进行高斯变异：如果随机数rand<变异概率pm，则tji＝tji+tji×G(0,sin2θji)(11)否则tji＝tji+tji×G(0,cos2θji)(12)其中，G(0,σ2)为均值为0，方差为σ2的正态分布的一个随机数；步骤六：采用步骤三的评价函数对子代宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中的量子染色体个体的适应度进行计算，并更新最优膜系；步骤七：计算第i个个体的第j个实数基因位的量子旋转角大小Δθji和方向dir；步骤八：判断宽光谱极紫外多层膜膜系的量子染色体个体的单实数基因位变异是否为有效进化：若为有效进化，则转到步骤九；若为无效进化，则转到步骤十；步骤九：采用量子旋转门对相应的量子概率幅进行更新，同时对实数基因位分支进行更新，并判断其是否在多层膜膜层厚度参数的搜索区间内，对于超出搜索区间的单实数基因位变异进行调整，并转到步骤十一；其中，所述量子旋转门为：实数基因位分支采用tji＝tji×(1+dir×cos2θji)进行更新；所述调整过程为，若tji>tji-max，则tji＝2tji-max-tji，若tji<tji-max，则tji＝2tji-min-tji，并进行反复迭代，直到实数基因位分支位于多层膜膜层厚度参数的搜索区间内为止；步骤十：判断宽光谱极紫外多层膜膜系的量子染色体个体的无效进化次数是否小于量子个体无效进化次数的最大值：若小于量子个体无效进化次数的最大值，则无效进化次数加1，并且相应的父代量子染色体个体替换当前子代量子染色体个体，并转到步骤十一；否则，将无效进化次数归零，使用量子旋转门更新相应的量子概率幅，并构建进化加速机制，更新实数基因位分支，判断其是否在多层膜膜层厚度参数的搜索区间内，对于超出搜索区间的单实数基因位变异进行调整，并转到步骤十一；其中，所述量子旋转门为构建的加速机制为其中，μ表示加速系数；实数基因位分支采用tji＝tji×(1+dir×sin2θ′ji)进行更新；所述调整过程为，若tji>tji-max，则tji＝2tji-max-tji，若tji<tji-max，则tji＝2tji-min-tji，并进行反复迭代，直到实数基因位分支位于多层膜膜层厚度参数的搜索区间内为止；步骤十一：采用精英保留策略，更新最优的多层膜膜系，若未完成全部进化代数，则量子种群数进化代数加1，转到步骤三，若完成全本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：输入基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法的初始参数值，初始参数值包括量子种群数进化代数、基因位个数、变异概率、加速系数、量子个体无效进化次数的最大值、量子种群规模N、多层膜优化设计的膜层数和多层膜膜层厚度参数的搜索区间；步骤二：对宽光谱极紫外多层膜膜系进行量子编码，得到初始化的宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群，表示为Q＝[q1,q2,…,qi,…,qN‑1,qN]  (1)任意第i个量子染色体个体表示为

【技术特征摘要】
1.基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：输入基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法的初始参数值，初始参数值包括量子种群数进化代数、基因位个数、变异概率、加速系数、量子个体无效进化次数的最大值、量子种群规模N、多层膜优化设计的膜层数和多层膜膜层厚度参数的搜索区间；步骤二：对宽光谱极紫外多层膜膜系进行量子编码，得到初始化的宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群，表示为Q＝[q1,q2,…,qi,…,qN-1,qN](1)任意第i个量子染色体个体表示为其中，tMo-ji和tSi-ji分别表示吸收层和间隔层的几何厚度，[cosθji,sinθji]T表示量子概率幅；步骤三：采用评价函数对宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中量子染色体个体的适应度值进行计算，并保存当前适应度最优的膜系；所述评价函数为其中，MF表示宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中每一个量子染色体个体的评价系数，λ表示入射光波波长，λmin表示入射光波波长的最小值，λmax表示入射光波波长的最大值，R0(λ)表示宽光谱极紫外多层膜膜系的目标反射率，R(λ)表示宽光谱极紫外多层膜膜系的计算反射率；步骤四：判断步骤三得到的最优的膜系是否满足优化准则，若满足优化准则，算法停止，输出宽光谱极紫外多层膜膜系结构；若不满足优化准则，则继续以下步骤；步骤五：对宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中的每个量子染色体个体进行单实数基因位变异，生成子代宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群；所述宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中的每个量子染色体个体进行单实数基因位变异过程为：随机选择量子染色体个体中的某个实数基因位分支tji，针对该实数基因位分支进行高斯变异：如果随机数rand<变异概率pm，则tji＝tji+tji×G(0,sin2θji)(11)否则tji＝tji+tji×G(0,cos2θji)(12)其中，G(0,σ2)为均值为0，方差为σ2的正态分布的一个随机数；步骤六：采用步骤三的评价函数对子代宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中的量子染色体个体的适应度进行计算，并更新最优膜系；步骤七：计算第i个个体的第j个实数基因位的量子旋转角大小Δθji和方向dir；步骤八：判断宽光谱极紫外多层膜膜系的量子染色体个体的单实数基因位变异是否为有效进化：若为有效进化，则转到步骤九；若为无效进化，则转到步骤十；步骤九：采用量子旋转门对相应的量子概率幅进行更新，同时对实数基因位分支进行更新，并判断其是否在多层膜膜层厚度参数的搜索区间内，对于超出搜索区间的单实数基因位变异进行调整，并转到步骤十一；其中，所述量子旋转门为：实数基因位分支采用tji＝tji×(1+dir×cos2θji)进行更新；所述调整过程为，若tji...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡尚奇，谢耀，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22