化学机械抛光(Chemical mechanical polishing，CMP)是芯片制造过程中最重要的工序之一，是目前保证亚微米集成电路芯片同时保持整体和局部平坦化的唯一手段。随着集成电路特征尺寸的减小和结构层数的增加，对CMP全局平坦化效果的要求也越来越高。但是，目前对CMP机理的认识还不够充分，特别是对CMP中抛光垫和晶圆不同接触状态下晶圆-磨粒-抛光垫之间相互作用的细节、各接触状态的存在条件及材料去除差异缺乏较为深入的理解。因此，本文对此展开研究，为CMP的机理研究提供基础的理论指导。　　首先，通过实验探究了抛光工艺参数对CMP性能的影响。详细叙述了CMP的实验步骤和实验中用到的仪器。分别研究了抛光压力、抛光速度以及抛光时间对抛后晶圆表面质量和抛光过程中晶圆表面材料去除率(Material removal rate，MRR)的影响。结果表明:本实验中MRR对压力、速度的依赖关系与Preston提出的线性关系以及Tseng等人提出的比例关系之间均存在较大偏离。　　其次，建立了抛光垫与晶圆之间的接触模型。分析求得微凸体弹塑性变形阶段的接触面积和接触压力。结果表明:两者均实现了在临界点处光滑、连续的变化特征，尤其是本文建立的接触压力模型在弹塑性阶段单调递增，更为符合实际情况。在此基础上，综合考虑抛光垫表面微凸体的完全弹性变形、弹塑性变形以及完全塑性变形，建立晶圆与抛光垫之间的接触模型，求得接触界面处的真实接触面积和平均接触压力。　　然后，研究了晶圆和抛光垫不同接触状态下晶圆-磨粒-抛光垫的相互作用规律。根据各接触状态下晶圆-磨粒-抛光垫的接触特征、几何特征以及力学平衡等关系，计算出晶圆和抛光垫不同变形状态下磨粒压入晶圆和抛光垫的深度、磨粒与晶圆和抛光垫接触圆的半径以及单个磨粒上的力等变量;分析了接触界面处磨粒和抛光垫与晶圆接触的面积、载荷分配;探讨了磨粒变形对CMP的影响:通过计算磨粒的变形量，给出了修正因子，从而更加精确地计算出磨粒压入晶圆表面的深度。　　最后，建立了各接触状态下的MRR方程，研究了抛光垫和晶圆之间各接触状态的存在条件。根据抛光垫的结构定义了两种变形模式，分别建立了两种模式下抛光垫和晶圆之间不同接触状态的MRR方程，得出了各接触状态下MRR对压力P0的不同依赖关系，并确定了它们之间的过渡条件;通过与前面实验以及现有模型的对比，验证了所建模型的合理性和完善性。