自21世纪以来，由半导体微电子技术引发的微型化革命进入了一个新的时代，这就是“纳米技术”时代。微纳米技术依赖于微纳米尺度的功能结构与器件，实现功能结构微纳米化的基础是先进的微纳米加工技术。激光直写光刻技术作为一种先进的微纳加工制作技术，在许多高新技术领域有着重要的应用，国际上发达国家的激光直写工艺水平发展迅速，且有部分已经产品化，应用于实验研究和工业生产中，但国内的激光直写技术和工艺水平与国外相差巨大，远不能满足国家高技术领域的实际需求，急需开展激光直写光刻系统和相关材料、原理和工艺的研究。　　 开发一套高精度的激光直写系统，用于研究掩模超分辨光刻及其它纳米材料，把可见光波段的激光直写光刻应用到纳米光学制造领域，并形成核心技术的自主知识产权，为中国的半导体制造及微纳加工领域提供一种低成本、高性能的技术手段，这就本论文的意义所在。设计和搭建激光直写纳米光刻机是本论文的主体。　　 本论文首先简要介绍了光刻技术的发展历程，具体阐述了有掩模光刻中的投影光刻、纳米压印光刻和无掩模光刻中的电子束直写光刻、空间光调制光刻、激光束直写光刻的基本原理及主要特点。其中激光束直写光刻由于具有低成本、低环境要求、高性能等众多优点而得到广泛发展及应用。另外分别介绍了国内外激光直写系统的几种典型结构，并对其主要特点和参数进行了说明，为自行开发激光直写系统提供参考。　　 针对采用激光直写系统来研究新型掩模超分辨纳米光刻和其它纳米材料这个具体需求，对整个系统提出高性能、多功能、实验性平台三方面要求，并以此为基础，设计系统结构，对构成系统的刻写激光调制模块、聚焦伺服模块、样品扫描模块的关键器件进行选型。　　 在完成刻写系统的结构设计和关键器件选型后，对系统进行集成和优化。系统的整体软硬件控制架构对系统性能、开发难度影响较大，需要首先加以确定。对专用控制器结构和以计算机为核心的“虚拟仪器”结构进行对比分析后发现，虚拟仪器结构开发环境友好、开发周期短、灵活性大，而其时问确定性低、硬件反馈速度低的缺点在刻写速度慢的情况下影响不大，所以最终被采纳。之后，对影响系统性能的自动聚焦控制、刻写激光功率标定及校正、刻写路径生成、刻写样品检测等几个问题进行了详细讨论，采用这些措施后，系统成为一个功能强大、使用方便的通用型纳米材料研究平台。　　 激光直写系统的实际性能是需要用实验来具体检验的。在文章的实验部分，首先对系统的单元功能进行测试及评价，如系统的自动聚焦精度、刻写激光脉冲精度、刻写点位置精度以及样品反射率透过率检测精度等，之后在系统上进行了材料研究实验，如掩模超分辨光刻材料、光存储材料、灰度掩模材料实验等。实验结果表明，本激光直写系统的性能参数达到了预期设计。