基于深紫外浸没式曝光技术的大规模集成电路制造已接近10 nm特征尺寸。由于工艺复杂、设备昂贵且需要昂贵的光学掩膜版,浸没式曝光技术并不适用于小批量芯片、微光学元件、微纳米功能器件和微观尺寸效应的研究等。简便易行、廉价可靠、能制备亚波长结构的纳米压印技术及无掩膜光刻技术是本论文研究的重点,具体研究内容如下:(1)利用复合纳米压印技术复制阳极氧化铝表面结构,制备了大面积数十纳米直径的硅纳米柱阵列。针对制备出的纳米柱阵列尺寸不均一的问题,我们使用等离子横向侵蚀作用,对压印结果进行了修整,获得形貌较均一的多孔阵列硅模板。另外,我们利用复合纳米压印技术制备了亚波长抗反射结构,该结构可实现对可见光的超低反射(反射率低于5%)。与其他抗反射结构制备工艺相比,纳米压印具有廉价可靠、再现性强的特点。(2)研究了深紫外激光双光束干涉技术在制备周期性微纳米结构中的应用。实验中详细地研究了深紫外化学放大胶ARN-7700在双光束干涉中的响应,以及不同实验条件对胶层形貌的影响。在实验过程中,将传统干涉中的抗反射胶层更改为全反射金属层,并获得了良好的结果,制备了多个不同周期、大面积、形貌均一的硅光栅结构,最小线宽可达到130 nm。最后研究了双光束双曝光工艺,制备了六方与四方点阵结构。(3)借助基于空间光调制器(SLM)的无掩膜光刻设备研究了无规非周期结构的制备工艺。制备了基于计算全息术的衍射成像元件,分析了元件中结构对衍射成像质量的影响。借助热纳米压印技术实现了该类衍射成像元件的大面积、快速、精确复制,有望在防伪领域进一步推广。(4)使用电子束曝光技术结合反应离子刻蚀技术制备了硅基反射型菲涅尔波带片,实验研究了不同聚焦位置对波带片阵列光反射特性的影响。并通过数值模拟研究了菲涅尔波带片对平面波的聚焦作用,借助波带片的聚焦性能可大大提高光电探测器灵敏度。