本论文设计了平面及Ⅳ型凹面全息光栅曝光系统，研究了全息光栅掩模制作工艺。第一，提出采用莫尔条纹法精确控制平面全息光栅刻线密度的方法，通过基准光栅精确地控制全息光栅干涉场的曝光常数，进而精确控制刻线密度，对制作高精度平面全息光栅具有重大意义；推导出准直镜通光孔径以及准直镜调整误差对准直光平行度的影响，从决定全息光栅衍射波前的几个因素展开，推导出准直光平行度对全息光栅衍射波前的影响程度。第二，从Femat原理出发，采用幂级数展开的方法得出光程函数像差系数，研究光程函数像差系数法设计理论，并设计出Ⅳ型凹面全息光栅记录参数；对凹面全息光栅性能进行模拟计算，编写凹面全息光栅光线追迹程序，对设计出的Ⅳ型凹面全息光栅进行光线追迹，用点列图正确地描述各种像差综合作用后的出射像点位置，为凹面全息光栅性能模拟提供有效手段。第三，建立全息光栅实时曝光理论模型，并制作实时曝光监测装置，通过理论模拟曲线与潜像实时监测曲线对比，确定最佳曝光量的选择区域；建立全息光栅实时显影理论模型，对光栅刻槽形成原因进行深入分析，并制作实时显影监测装置，使用该装置成功地控制显影截止点，对提高显影质量起到重要作用。第四，根据表面热动力学原理提出一种成本低廉、制作周期短、易于实现的光刻胶热熔法，探讨了光刻胶热熔对光刻胶光栅表面刻槽的影响，通过该方法可使光栅刻槽表面变得平滑，粗糙度降低，大大降低全息光栅杂散光。第五，摸索出制作全息光栅掩模的工艺路线，总结出具有较好重复性的实用工艺方法，成功地制作出合适槽深和占宽比的全息光栅掩模，为离子束刻蚀光栅制作打下良好基础。