随着集成电路制造技术的飞速发展,对硅片的加工精度和表面质量提出了更高的要求。化学机械抛光(CMP)是目前唯一能够实现硅片局部和全局平坦化的实用技术和核心技术,正广泛应用于集成电路制造中。圆平动CMP是一种新型的CMP形式,其抛光机理与传统CMP抛光机理相同,工件表面材料去除是化学、机械共同作用的结果。但圆平动CMP与传统CMP在运动形式上不同,能实现抛光所需要的最佳运动学条件,并得到比传统CMP更好的加工效果。对圆平动CMP模型的研究将有利于实际加工过程的精确控制,提高圆平动CMP的生产效率。本文根据圆平动CMP的运动形式,建立了半接触工况时考虑抛光垫变形的圆平动CMP混合润滑模型和材料去除率模型。其中混合润滑模型中包括了极坐标下的平均Reynolds方程、接触压力方程、抛光垫变形方程、平均膜厚方程、总载荷平衡方程和总转矩平衡方程。并利用有限差分方法求解得到瞬时流体压力分布、接触压力、总压力分布、抛光垫变形分布和流体膜厚分布。分析了外加载荷、抛光速率、平动角速度、工件对抛光垫的倾角等主要抛光参数对加工过程中流体压力、接触压力、膜厚和抛光垫变形的影响规律;也分析了抛光垫材料参数、形貌参数和加工过程中流体压力、接触压力、膜厚和抛光垫变形的关系。在圆平动CMP混合润滑模型的基础上建立抛光过程中材料去除率的模型,分析了磨粒的各种参数和不同工况对抛光质量和效率的影响。分析结果表明,在圆平动CMP过程中会出现大区域流体负压现象,它是由抛光垫变形引起流体膜分布变化所造成的。圆平动CMP能实现接触压力从工件中心到工件边缘的平缓变化,从而能提高工件表面的平整度。