본 발명은 나노산업, 전자 및 광통신, 광메모리 분야 등에서 필수적으로 요구되는 나노급 정밀도를 가지는 미세한 3차원 자유곡면 형상을 단층으로 형성하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 미세한 3차원 자유곡면 형성방법은, 그림파일 정보를 기초로 광경화성 수지에 대한 가공크기를 달리하는 가공영역과 비 가공영역을 설정하는 단계, 설정된 가공영역과 비 가공영역을 아스키형태의 메트릭스로 변환하는 단계, 상기 메트릭스에 기초하여 가공영역에만 선택적으로 레이저를 조사하되 가공크기에 따라 레이저 조사시간을 달리하면서 조사하여 광경화성 수지를 단층으로 경화시키는 단계, 및 광경화성 수지에서 경화되지 않은 부분을 제거하여 그림파일과 동일한 3차원 자유곡면을 갖도록 완성하는 단계로 구성된다. 본 발명은 레이저를 이용하여 광경화성 수지를 직접적으로 경화시켜 나노급 정밀도를 가지는 미세한 3차원 자유곡면 형상을 단층으로 형성함으로써 공정시간을 단축하는 효과가 있다.