高性能运动伺服技术是集成电路核心检测设备发展的关键。在集成电路制造中,由于封装的成本占比较高,晶圆的切割封装前,需要对晶圆上的集成模块逐个进行电性能检测。完成电性能测试的晶圆探针台,在运动伺服系统的协作下,通过探针逐一与集成模块焊盘的物理接触完成整片测试。因此,伺服系统的行程取决于待测晶圆的直径,精度取决于焊盘的大小,此外逐个检测的切换过程需要伺服系统进行频繁的启停。随着晶圆尺寸的增加,探针台伺服系统的行程需求在不断提升。同时,集成模块集成度的提升导致焊盘尺寸变小,对伺服系统的分辨率要求也越来越高。然而,由于传动机构以及导向机构的制造精度、装配精度限制,造成在同一套伺服系统上面精度和行程的矛盾,使高性能伺服运动技术成为集成电路制造的瓶颈。超声电机的响应快、分辨率高、可直接驱动的特点,非常适合探针台的应用。本文针对这一瓶颈,研究无需传动机构、快速频繁启停的直接作动技术,提出了一种大功率直线超声电机的设计方法,在此基础上发明了两种基于纵振耦合模态的双足同步直线超声电机,并展开以下几方面研究:面向探针台应用场景,分析了超声电机作为伺服作动器的特点。对现有伺服作动技术的应用和研究现状进行充分调研,对比几种常见大行程、高精度的伺服方案,提出以超声电机作为探针台运动伺服系统作动器的方案。在对超声电机现有大功率设计的基础上,总结了大功率设计的方法,从激振方式和空间布局两个维度分析了设计准则。基于这一设想,提出两种双足直线超声电机。通过将菱形和圆形结构的驱动足与金属基体共线布置来简化电机结构,并建立其有限元模型,得到了二者基于纵振耦合的工作模态,进一步实现了电机的大功率要求。设计并加工了上述两种原理的样机,通过实验研究对所提设计准则进行了验证。在理论基础之上,本文分别制作了两种电机样机,并通过阻抗分析、频率一致性测试验证了电机的对称结构和工作模态耦合程度,利用多普勒测振分析了两种电机工作状态下的振速和振幅。并在所有实验结果分析中得出优化菱形电机的思路,通过灵敏度分析对其进行了结构优化。搭建了电机输出特性测试实验系统,对电机的机械特性进行了实验研究。为验证圆形电机样机,以及优化后菱形电机样机的有效性,提出了机械输出特性转子实验方案,并对两种电机进行测试。实验结果表明,根据不同负载得到的不同转速,负载为500 g时,菱形电机输出转速为320 r/min,圆形电机输出转速为527 r/min。两种电机定子的动力学特性与仿真结果接近,其谐振频率相对误差均小于0.1%。