無掩膜直寫光刻的核心在于“直寫”和“無掩膜”：

‌直寫：‌聚焦的激光束、電子束或其他類型的能量束（如離子束）直接在光刻膠表面移動掃描，按照設計好的圖形圖案曝光光刻膠。

‌無掩模：‌圖形的圖案信息以數字文件的形式存儲在計算機中，并通過精確的空間光調制器或光束偏轉控制系統實時控制光束的開關和位置，代替了傳統的光學掩模版來定義圖形。

目前主流的有兩種技術路線：

‌激光直寫：‌

‌核心部件：空間光調制器。

‌工作原理：使用高功率激光器（通常是紫外或深紫外波長）作為光源。光束照射到空間光調制器上。SLM由數百萬個微小的、可獨立尋址的反射鏡或液晶單元組成。計算機根據設計圖形控制每個單元的開關狀態（開/關或調節相位/振幅），從而將數字圖形信息“加載”到入射光束上。調制后的光束再通過投影光學系統縮小并聚焦到光刻膠表面。工件臺精確移動基板（或光束掃描），最終將整個設計圖形逐場或逐行“寫入”到基板上。

‌優點：速度快（相對于電子束），系統相對成熟，成本適中。

‌缺點：分辨率受限于光學衍射極限和SLM單元的尺寸。

‌電子束直寫：‌

‌核心部件：電子束光刻柱（電子槍、電磁透鏡、束閘、精密偏轉線圈）。

‌工作原理：利用熱場發射或冷場發射產生的細聚焦高能電子束。計算機控制電磁偏轉線圈，使電子束在基板表面精確掃描。束閘控制電子束的開關。電子束按照設計圖形逐點轟擊光刻膠，引發化學反應（對于正膠是分解，負膠是交聯）。工件臺移動基板完成大面積曝光。

‌優點：分辨率高‌（可達納米甚至亞納米級別），是研發和高分辨率原型制造的技術。

‌缺點：速度慢（串行掃描），鄰近效應影響圖形精度，設備昂貴且復雜，運行和維護成本高。