微透鏡陣列作為一種重要的光學(xué)元件，具有體積小、重量輕、集成度高的特點，吸引了大量的目光。伴隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，光刻和微細(xì)加工技術(shù)的提高，自上世紀(jì)八十年代起，相繼出現(xiàn)了一系列嶄新的微透鏡陣列制作技術(shù)。由于透鏡陣列器件分為折射型微透鏡陣列和衍射型微透鏡陣列，它們在制作工藝也開發(fā)出不同的方法。

折射微透鏡的制作方法

由于折射微透鏡陣列器件在聚光、準(zhǔn)直、大面陣顯示、光效率增強(qiáng)、光計算、光互連及微型掃描等方面越來越廣泛的應(yīng)用，它的制作工藝和方法得到了日益深入的研究。已經(jīng)出現(xiàn)很多制備折射微透鏡陣列的方法，光刻膠熱回流方法、激光直寫方法、微噴打印法、溶膠一凝膠法、反應(yīng)離子刻蝕法、灰度掩模法、熱壓模成型法、光敏玻璃熱成型法刪等。下面主要介紹幾種主流的微透鏡陣列制作方法。

（1）光刻膠熱回流技術(shù)

光刻膠熱回流法(熔融光刻膠法)是Poporie于1988年提出的，整個工藝過程可以分為三步：一、對基板上的光刻膠在掩模的遮蔽下進(jìn)行曝光，曝光圖案呈圓形，矩形或正六邊形；二、對曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影并清洗殘余物質(zhì)；三、放置于加熱平臺上，熱熔成型。由于這種方法具有工藝簡單，對材料和設(shè)備的要求較低，工藝參數(shù)穩(wěn)定且易于控制，復(fù)制容易等優(yōu)點，被廣泛地用于微透鏡陣列的制作當(dāng)中。

然而利用這種技術(shù)制作的微透鏡陣列也存在諸多缺點：一、由于光刻膠對于基板材料存在浸潤現(xiàn)象，當(dāng)光刻膠在熔融狀態(tài)時與基板的附著力是一定的，那么當(dāng)熔融光刻膠最終成型以后微透鏡球面輪廓與基板之間存在浸潤角，使微透鏡的邊緣存在一定的曲率，而中間部分下陷；二、一般情況下微透鏡陣列的填充因子不會超過80%，而且光刻膠在熔化后容易粘連，相鄰的熔融光刻膠一旦接觸后，不會形成透鏡的面形。由于填充因子不高，使入射的光不能充分利用，并且會引起背景噪聲；三、由于光刻膠本身的機(jī)械性能和化學(xué)性能比較差，光學(xué)性能也不高，不適于作為最終的微透鏡或其他微結(jié)構(gòu)的材料。

（2）激光直寫技術(shù)

由于激光直寫方法易于操作，并且具有制作的微光學(xué)元件尺寸小、精度高的優(yōu)點，其在微精細(xì)研究和加工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。激光直寫技術(shù)利用強(qiáng)度可變的激光束對涂在基片表面的光刻膠進(jìn)行變劑量曝光，顯影后在光刻膠表面形成所需要的浮雕輪廓。激光直寫的最大優(yōu)點是器件定位后可一次寫出多個相位階數(shù)或連續(xù)相位的二元光學(xué)器件，從而避免了多次掩模套刻喪失的共軸精度。激光直寫制作微透鏡陣列的工藝過程可以分為三步：

使用CAD設(shè)計出微透鏡陣列的曝光結(jié)構(gòu)，并傳入激光直寫設(shè)備的系統(tǒng)當(dāng)中；將涂敷有光刻膠的基片放置于直寫平臺，對光刻膠進(jìn)行激光寫入；對曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影并清洗殘余物質(zhì)，最后得到排列整齊，結(jié)構(gòu)均勻的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)。激光直寫法適用于高精度單件和模型制作。使用激光直寫制作完成微透鏡陣列的原型以后，使用的是鑄模工藝方法中的電鑄技術(shù)將微透鏡轉(zhuǎn)化為金屬模型，用于大規(guī)模的生產(chǎn)。由于電鑄復(fù)制工藝能夠保證最終產(chǎn)品的形狀，因此能夠?qū)ξ⑼哥R陣列進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)。利用這些先進(jìn)的技術(shù)，重復(fù)制作出微單元結(jié)構(gòu)，從而制作高品質(zhì)低成本的微透鏡陣列元件。 

衍射微透鏡的制作方法

衍射微透鏡有會聚光能、矯正像差和成像的作用，并且體積小、質(zhì)量輕、集成度高、易于復(fù)制而被廣泛地應(yīng)用于紅外光電探測器、圖像識別和處理、光通訊、激光醫(yī)學(xué)、空間光學(xué)等許多領(lǐng)域。其主要的制作方法有二元光學(xué)技術(shù)、電子束直寫技術(shù)以及灰度掩模技術(shù)等方法。

（1）二元光學(xué)技術(shù)

上世紀(jì)八十年代中期，美國MIT林肯實驗室Veldkamp領(lǐng)導(dǎo)的研究組在設(shè)計新型的傳感系統(tǒng)中，率先提出了“二元光學(xué)’’的概念。它不同于傳統(tǒng)的制作方式，利用了制作集成電路的生產(chǎn)方法，使用的掩模是二元的，且掩模用二元編碼的形式進(jìn)行分層。隨后二元光學(xué)迅速發(fā)展成為--I'-J技術(shù)，受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的青睞。二元光學(xué)技術(shù)非常適合于衍射微透鏡陣列的制作，其中微透鏡的邊界容易做到整齊和尖銳，微透鏡陣列的填充因子可達(dá)100%，而且具有重量輕、造價低、易于微型化、陣列化等優(yōu)點。二元光學(xué)采用相位量化的二元編碼和制作順序是在N個工藝步驟中形成的相位級數(shù)由N+I提高到2N，見圖1.2，大大減少了工藝步驟迭代的次數(shù)，降低了制造高衍射效率的衍射光學(xué)元件所需要的加工成本。二元光學(xué)臺階衍射微透鏡制作過程基于成熟的微電子工藝，適于大批量生產(chǎn)。