化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,简称为CMP)作为超大规模集成电路制造的关键技术之一,是目前唯一能够实现全局平坦化的技术。IC集成度的提高和特征线宽的减小,对CMP技术提出了更高的要求。CMP中抛光垫表面复杂的粗糙结构对抛光效率和质量有重要影响,而当前研究大多忽略了这种形貌特征对抛光液及纳米级颗粒流动性的影响。为此,本文在考虑抛光垫粗糙形貌特征的前提下,以分形几何理论及计算流体力学软件Fluent对抛光液以及纳米颗粒的流动性进行分析。首先,以工业中广泛使用的IC1000抛光垫为研究对象,利用MATLAB图像处理工具及统计理论对其SEM图像进行量化,通过直方图均衡化,高斯滤波预处理得到质量较高的灰度图,利用迭代选择阙值法将灰度图处理为二值图,根据计盒维数原理,使用不同尺寸的盒子对二值图像进行覆盖,对相关数据进行拟合,得到该抛光垫的分形维数为1.61。其次,将该分形维数导入到分形几何Weierstrass-Mandelbrot函数,选择合适的参数,模拟出二维的分形曲线以及三维分形曲面。提取三维模型点云数据,在Imageware软件中生成基于NURBS曲面的抛光垫表面形貌。然后再将该曲面数据导入Pro/E,建立抛光垫的三维实体模型,通过与实物孔隙率的对比验证了重建模型的准确性。最后,利用上述得到的实体模型在计算流体力学软件Fluent中建立CMP二维和三维计算域,构建了基于离散相模型(DPM)以及流体体积模型(VOF)的空气-抛光液-抛光颗粒的三相流动模型。分析了不同计算域中,抛光液的速度分布、压力分布、流场状态、抛光颗粒的瞬态位置及运动轨迹等,对各个因素与材料去除的效率和非均匀性进行了讨论。并利用颗粒对壁面的磨损模型对去除率进行了仿真计算,为CMP工艺的优化提供了理论和技术支持。