随着半导体技术的迅速发展,使超光滑表面的加工需求日益增大,并且随着半导体晶片尺寸的不断增大和加工精度要求的不断提高,对晶片的加工效率、加工表面平整度、表面粗糙度和加工损伤有更高的要求,这给晶片的表面超光滑无损伤抛光技术带来巨大挑战。本文针对半导体晶片的平坦化加工,结合集群磁流变抛光原理和流体动压抛光原理相结合提出了磁流变动压抛光工艺方法,通过理论仿真分析和抛光实验,研究了磁流变动压抛光加工特性和抛光机理。为获得较为理想的磁流变动压抛光盘,基于流体动压原理设计了三种不同楔形槽型(A、B和C型)的抛光盘,采用Matlab数值计算和Fluent软件仿真研究了不同楔形槽的流场分布情况。研究发现,楔形槽的楔形角α和宽度角β直接决定了流体动压的压强峰值大小和分布。楔形槽的楔形角α直接影响了楔形空间的收敛速率,从而影响了流体的流动状态及峰值大小,楔形角α越大,楔形空间的收敛速度越快,流体受到挤压的变化越大,导致流体动压力峰值越大。楔形槽的宽度角β直接影响了楔形区域的宽度,从而影响流场动压力峰值出现的位置及峰值大小,宽度角β越小,流体动压力峰值出现得更早,导致峰值较小、位置更靠前。利用这三种楔形结构制成了抛光盘进行抛光力检测和实际抛光实验。抛光力检测结果证明了数值计算和模拟结果的正确性。对硅片的抛光实验证实,C型槽抛光盘加工出来的硅片表面痕迹的深度H、宽度Y和去除截面积S均最大,即材料去除率最大,说明C型槽更适合用于制作磁流变动压抛光的抛光盘。为研究磁流变动压抛光的材料去除特性,采用C型槽制成了磁流变动压抛光盘进行抛光实验,在磁流变动压抛光装置上进行羰基铁粉浓度、磨料浓度、工件转速和加工间隙的测力实验,利用Kistler-9171A旋转式测力仪检测了主要影响参数(羰基铁粉浓度、磨料浓度、工件转速和加工间隙)的抛光力特性。结果发现:随着羰基铁粉浓度的增大,正压力Fn和剪切力Ft均逐渐变大;而随着磨料浓度的增大,Fn和Ft先变大后变小,在磨料浓度5wt%时,Fn和Ft都达到最大值;工件转速和加工间隙的影响趋势相似,都是随着工件转速或加工间隙的增大,正压力Fn和剪切力Ft先变大后变小。在工件转速为150 r/min的时候正压力Fn和剪切力Ft达到最大,在加工间隙0.6 mm时Fn和Ft获得最大值。主要影响参数的磁流变动压抛光结果表明,磨粒硬度和浓度对磁流变动压抛光的材料去除特性的影响相似,都是随着磨粒硬度或者浓度变大,抛光截面的深度H、宽度Y和去除截面积S也随之变大。随着磨料粒径不断变大,抛光深度H和去除截面积S随之变大,但抛光宽度Y逐渐变小。随着羰基铁粉浓度的加大,抛光深度H、宽度Y和去除截面积S都是先增大后减少,当羰基铁粉浓度为35wt%时,抛光深度H,宽度Y和去除截面积S都最大。随着工件转速上升,抛光深度H和去除截面积S先变大再变小,而抛光宽度Y则不断变大,在工件转速为200 r/min时,抛光深度H和除截面积S都最大。随着加工间隙的加大,抛光深度H和去除截面积S都是随之减小,但抛光宽度Y先变大后变小,当加工间隙为0.4 mm时,抛光深度H和除截面积S都最大。通过优化磁流变动压抛光的主要影响参数,可以获得去除效率较高、均匀性较好的抛光工艺。