表面残余应力是评价半导体材料磁流变抛光技术性能和抛光后材料表面质量的重要指标之一,本论文以典型的第二代半导体材料砷化镓为加工对象,针对磁流变抛光晶圆表面残余应力进行了系统性研究。从微观角度上分析砷化镓晶圆磁流变抛光表面材料去除机理,建立晶圆表面磨粒划擦分子动力学模型,研究磨粒划擦过程中工件表面晶体组织的变化机理和残余应力的形成机制。建立砷化镓晶圆磁流变抛光表面残余应力理论模型,研究晶圆表面残余应力的分布规律,并利用实验验证了残余应力理论模型的有效性。本论文的研究对半导体材料磁流变超精密表面加工技术的发展应用具有重要意义,其主要内容及成果如下:首先,运用LAMMPS建立起砷化镓晶圆磁流变抛光表面材料去除的分子动力学仿真模型,实现其微观角度上残余应力的研究。利用单磨粒划擦分子动力学模型,研究晶圆表面材料去除过程中晶体的相变机理,以及划擦深度、划擦速度、工件晶向和磨粒坡度对残余应力的影响规律。探究抛光力和热效应的影响,发现力效应对晶圆表面残余应力的形成起主要作用。利用多磨粒划擦分子动力学模型,研究得到了磨粒划擦对彼此形成残余应力的影响规律。其次,对磁流变液作用机制提出合理性假设,利用Ansoft Maxwell实现抛光区域磁场强度的求解,依据晶圆表面上磨粒受力机理,建立了由抛光压力和剪切力模型组成的晶圆磁流变抛光力模型。通过磁流变抛光实验得到了不同抛光间隙下的抛光力,并对该模型进行了验证。利用抛光力模型,基于赫兹接触理论,并结合工件内部应力加载和释放过程的作用机理,建立了砷化镓晶圆磁流变抛光表面残余应力的理论模型。最后,利用WITec共聚焦微拉曼光谱仪开展砷化镓晶圆表面残余应力的测量实验,实现残余应力的表征,得到砷化镓晶圆磁流变抛光表面残余应力的分布规律,验证了砷化镓晶圆磁流变抛光表面残余应力理论模型的有效性。分析讨论了不同抛光间隙下理论预测和实验得到的晶圆表面残余应力之间出现差异的主要原因。