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随着集成电路(Integrated Circuit, IC)向着高集成化和高性能化的方向发展,特征尺寸不断减小,晶圆面积逐渐增大,这对IC制造中的平坦化工艺提出了新的挑战。化学机械抛光技术(Chemical Mechanical Polishing, CMP)是IC制造中实现平坦化加工的主流技术,利用化学反应和机械摩擦的复合作用对抛光表面进行原子量级的去除,以实现高精度、超光滑表面加工,可兼顾芯片全局和局部的平坦化要求。在CMP系统中,抛光垫表面微观接触行为决定着有效磨粒的数目及其对抛光表面的实际作用,很大程度上影响着CMP工艺的材料去除率和表面质量。本文采用数值模拟方法和实验研究方法,从抛光垫的粗糙形貌、几何结构、材料特性、物理和化学环境等方面入手,对抛光垫的接触特性及其影响进行了研究,为CMP的理论分析和工艺参数优化提供了依据。主要研究工作如下：(1)分析了抛光垫等粗糙薄层弹性体的接触特性,并对粗糙层-基体层串联模型应用于粗糙薄层弹性体接触刚度计算的适用性进行验证。在粗糙度或表面微结构与薄层弹性体在同一量级条件下,对串联模型理论接触刚度计算的误差来源和变化规律进行了分析。(2)对单级沟槽抛光垫、多级沟槽抛光垫、开孔抛光垫的接触刚度进行了研究,提出了将串联模型应用于沟槽抛光垫刚度计算的新方法,并从大变形角度进行了理论修正。此外,对考虑孔结构的弹性地基模型应用于开孔抛光垫刚度计算的适用性进行了分析。同时,测定了IC1000抛光垫和SUBA IV抛光垫的弹性模量。(3)建立了可模拟CMP在位工况的真实接触面积观测系统,设计了真实接触面积观测实验台,利用电路与气路的串联控制,实现可控加载、脉动加载和剪力作用条件下抛光垫微观接触行为的观察测量。(4)实验观察了不同载荷条件下抛光垫表面粗糙峰的接触变化,研究了真实接触面积与接触载荷的关系,探究了干湿条件、不同PH环境以及脉动加载对抛光垫微观接触行为的影响。研究结果表明,真实接触面积随接触载荷呈线性增大；聚氨酯材料会发生水解变软,润湿抛光垫真实接触面积增大,碱性条件下尤为如此；由于聚氨酯材料的粘弹性行为,干湿抛光垫的真实接触面积均随周期性加载次数的增加而增大,湿抛光垫由于粘弹性和水解反应的共同作用表现更为明显。