化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）应用于集成电路芯片、半导体基片、计算机硬磁盘和光学玻璃等的表面平整化，是实现超光滑、平整、无微观缺陷的高精表面技术之一。而CMP过程中，材料去除机理和抛光后工件表面粗糙度具有重要研究意义。首先，本文利用被抛光工件表面轮廓的分形行为，对工件表面粗糙度进行了研究。基于W—M和M—B两种分形接触模型的理论，建立了化学机械抛光中工件表面粗糙度的模型。从模型中得出，工件表面粗糙度随时间变化逐渐减小，尤其在前几分钟粗糙度急剧下降，当压强增大时粗糙度增加，当速度增大时粗糙度减小。然后，本文介绍了叶序排布抛光垫的设计及制造。并建立了用叶序排布抛光垫来抛光硅片时的材料去除率模型。在CMP过程中,材料去除是由化学和机械的耦合作用产生的。化学作用使晶片表面形成一层氧化膜，而抛光液中的磨粒对晶片的机械作用使薄膜一层一层去除。按照模型画出曲线，从曲线能够直观的看出，材料去除率随叶序系数增加而减小，随磨料块直径、压强和抛光盘转速的增加而增加。最后，对硅片进行抛光实验，通过实验对理论分析进行了验证。在抛光过程中，用不同的压强和不同的转速对硅片抛光120min。结果显示，硅片表面粗糙度随时间增加而减小，前20min急剧减小，到120min之后趋于稳定，最终，硅片表面粗糙度达到0.8nm~1.1nm；当压强增大时，粗糙度随之增大；当转速增大时，粗糙度减小。通过改变叶序系数、磨料块直径、压强、转速，来研究叶序排布抛光垫抛光硅片时的材料去除率变化规律。结果显示，材料去除率随着磨料块直径、压强和转速的增加而增加，随着叶序系数的增加而减小。实验结果和理论公式曲线的变化规律基本吻合。