电子信息制造业是国家基础性和战略性产业,其基础是以半导体芯片的设计、制造及相关支撑作用的半导体基片超精密平坦化加工技术。随着半导体晶圆尺寸不断增大,在晶圆上集成的电子器件集成度增大,要求晶圆表面平整、表面粗糙度达到亚纳米级,并且超光滑无损伤,这对半导体晶圆表面超光滑平坦化技术提出了新挑战。为实现光电材料特别是半导体材料的高效超光滑无损伤平坦化抛光,本文提出磁流变动压平坦化抛光技术,基于集群磁流变抛光技术,在抛光盘面设计楔形槽,利用磁流变效应产生的高粘度、高剪切特性等产生流体动压抛光压力,进而提高去除效率和加工质量。首先,分析了磁流变动压复合平坦化抛光方法,包括磁流变抛光、流体动压抛光及其复合原理,用Matlab软件对抛光盘楔形结构进行了理论计算和分析,研究结构参数的影响规律,发现楔形盘与工件的间隙在0.2mm-0.8mm区间内较好,楔形角在3°-5°范围较佳,并对楔形槽宽度影响进行了研究,为抛光盘的设计奠定基础。其次,基于磁流变动压平坦化抛光原理,设计磁流变动压平坦化抛光装置,该装置主要包括四个模块:光学隔振自水平平台、三维运动系统、复合抛光装置、控制系统,对装置的这四个模块进行了设计选型,搭建完成了磁流变动压复合平坦化抛光实验平台,通过对单晶硅抛光实验验证了该抛光方法的可行性,采用复合抛光能提高50%-80%的加工效率,加工4h后表面粗糙度Ra达到2.50nm。然后,利用Kistler-9171A旋转式测力仪对磁流变动压复合抛光中的抛光力进行研究,分析了不同加工间隙、工件转速、抛光液配比等对抛光力的影响规律。研究结果发现,加工间隙越大,抛光正压力Fz和剪切力Ft都逐渐减少。工件盘转速越大,抛光正压力Fz越大而切向力Ft先增大后减小。抛光正压力Fz随着抛光盘转速先增大后减小,切向力Ft随之先增大后减小。羰基铁粉浓度与抛光正压力Fz呈正比关系,羰基铁粉浓度越大,抛光力Fz和剪切力Ft越大,在铁粉浓度为35wt%时,切向力Ft不再继续增大。随着磨料浓度的增大,抛光力Fz增大并趋于稳定,但切向力Ft先增大后减小。最后,对2英寸的单晶硅片进行系统的磁流变动压复合抛光工艺实验,选用加工间隙、加工时间、铁粉浓度、磨料浓度进行单因素实验,对抛光盘转速、工件盘转速、凸轮转速进行正交试验,分析各工艺参数对工件表面材料去除率及加工质量的影响,得到最佳工艺参数为:抛光盘与工件之间间隙0.4mm,加工时间4h,铁粉浓度35wt%,磨料浓度5wt%,工件转速600r/min,抛光盘转速60r/min,凸轮转速150r/min。采用该最佳工艺对单晶硅晶片进行抛光实验,加工4小时得到材料去除率为5.10mg/h,表面粗糙度Ra为2.31nm的加工效果。