基于原子力显微镜(AFM)热探针的纳米加工方法因探针具有的高能量可用于更高精度纳米结构加工、相较于传统探针加工针尖磨损更小以及加工效率更高等优点而被广泛应用于在聚合物掩膜表面加工纳米结构领域。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)因其良好的透光性能、优良的抗刻蚀特性和稳定的机械加工性能而作为抗刻蚀掩膜材料被广泛应用。纳米点阵和纳米沟槽是应用最广泛的两类纳米结构,纳米点阵被广泛应用于拉曼增强基底制备等领域;纳米沟槽作为纳流控芯片的纳米通道、纳米线制备的模具等而得到广泛应用。本文以PMMA薄膜为被加工对象、以AFM热探针为加工设备,主要研究了PMMA薄膜的制备工艺及力学性能表征、热探针在PMMA薄膜表面加工纳米点阵和纳米沟槽的机理和工艺等方面。首先,对热探针在PMMA薄膜表面加工纳米点和纳米沟槽的机理进行研究。通过建立数学模型对热探针与样品接触过程中的热场分布进行分析,并对针尖与样品的接触面温度进行求解。根据PMMA的本构模型,通过对样品在热力耦合作用下的变形状态进行分析,建立纳米点体积和纳米沟槽深度预测模型,以达到实现加工结构尺寸可控的目的,为后续无标记套刻和面向DNA分子特异性检测的纳流控芯片制备提供理论指导。其次,对PMMA薄膜制备工艺和力学性能影响因素进行研究。采用AFM对不同参数制备的薄膜的力学性能进行表征分析,并研究溶胶浓度、旋涂速度、溶质分子量和溶剂种类四个主要因素对PMMA薄膜力学性能的影响,以便获得最适合于AFM热探针加工的掩膜制备参数。最后,对AFM热探针在PMMA薄膜表面加工纳米点阵和纳米沟槽的工艺进行研究。研究探针温度、垂直载荷、刻划速度等工艺参数对纳米点阵和纳米沟槽尺寸、形貌的影响,同时对纳米点体积和纳米沟槽深度理论预测模型进行实验验证。本论文的研究工作为应用AFM热探针在聚合物表面加工尺寸可控的纳米点阵和纳米沟槽提供了理论指导,为将纳米点阵应用于拉曼增强基底制备以提高检测精度、将纳米沟槽应用于面向DNA分子特异性检测的高精度纳流控芯片制备等领域打下了坚实的基础。