随着半导体工业的迅速发展,对半导体的特征尺寸提出越来越高的要求。光刻技术作为制造半导体器件的关键技术之一,光刻分辨率制约着半导体器件的特征尺寸及其性能,而传统光刻技术的分辨率受到光学衍射极限的限制。为了突破光学衍射极限,人们找到了一种新的光刻技术,即局域表面等离子体共振(LSPR)接触光刻。本论文来源于某研究所国家重点实验室开放课题“纳米直写实验平台研制”,该课题主要研究实现LSPR接触光刻系统的机电部分,为了保障光刻质量,对关键器件探针在运动过程中的力学状态提出苛刻的要求。本文通过理论分析、结构设计及调试实验等,对如何保障光刻过程中探针的力学状态进行研究。为了保证光刻质量,系统对探针提出如下指标:(1)光刻扫描中探针偏角不得大于100μrad;(2)扫描中探针的跳动量不得超过20μrad;(3)探针尖部与光刻胶面的接触压强不能超过光刻胶面的最大承受极限220 MPa。由于通光结构与工艺限制,探针被制作成一个单独的实体,需要采用一个悬持结构,保证其力学姿态。由于探针偏角指标、预压量等与光刻胶面的接触压强形成矛盾,在金属材料弹性模量、屈服强度约束下,悬持结构的设计成为难点,需要设计巧妙的铰链结构才能满足要求。论文对探针工作过程中影响探针力学状态的因素进行了分析,明确探针力学状态主要受探针力学结构和外界因素的影响。并分析发现前期设计的悬持结构不合理,根据指标要求和实验表现,从圆形铰链的臂宽、铰链厚度和探针高度等方面对探针力学结构进行了优化设计。根据优化后的探针力学结构,从理论上对可能影响探针力学状态的外界因素进行了分析。论文工作完成了实验中关键器件探针力学结构的优化设计及其仿真分析,实验平台的搭建并对装配误差进行了分析计算,为后期实验中由于安装误差造成的偏角提供误差补偿值,从而保证实验结果的精确性。最后,在搭建好的探针力学状态实验平台基础上,通过实验对可能影响探针的力学状态的外界因素进行了研究和分析,为后续实验参数的设定提供统一标准。然后通过实验分析了探针力学结构对探针力学状态的影响,并验证了重新优化设计后的探针力学结构能够保障光刻过程中对探针力学状态的要求。