纳米时代的来临给人们探索和认识微观世界提供了更多的机会，同时也伴随着更大的挑战。纳米测量及定位技术在各个领域中的应用越来越广泛。随着集成电路尺寸的减小，高精度的光刻对准技术越来越引起人们的重视。 本课题在同家教育部博士点基金项目(No．20030358020)资助下完成。本硕士论文主要从理论和实验两方面入手对特殊编码的二维零位光栅进行了研究，其主要的研究成果包括以下几个方面： 第一，在特殊编码的二维零位光栅的设计基础上，分别用自相关理论和标量衍射理论对透射光强与光栅相对移动的关系以及零位光栅的特点做了理论研究。搭建二维零位光栅实验平台，从实验上验证了其理论分析和性能特征，并且指出了实验操作步骤及注意事项。 第二，应用臼相关理论和标量衍射理论计算和分析特殊编码的二维零位光栅与运用其他编码方法的零位光栅的性能差别。应用标量衍射理论计算光栅上大范围的制造误差对零位光栅定位效果的影响。 第三，为进一步提高光刻机的对准精度，实现更小尺寸的微电子电路的加工，在二维零位光栅原理的基础上提出了一种透反式二维零位光栅系统。应用标量衍射理论分析了透反式二维零位光栅系统的可行性，并进行了对准性能的实验。从实验数据曲线来看，透反式光栅系统比一般的光刻对准技术的对比度更强、判别零位的性能更好，验证了系统的性能指标。该系统可作为一种新型的掩模-硅片对准技术，实现小范围内的高精度对准，应用于光刻机中可获得优于20nm的重复定位对准精度，并且具有对准速度快，结构简单，操作方便等优点，因此在微电子工业中有广阔的应用前景。 最后，本论文展望了二维零位光栅系统的研究发展方向。上述研究工作为今后二维零位光栅的实用化方向打下了基础。