随着集成电路等领域的发展需求迅猛增加,对用于制造芯片的晶圆表面加工质量和精度提出了越来越严格的要求,要求其具有极高的光滑度、洁净度和平整度。但是高质量、高效率的晶圆平坦化抛光是极其困难的,目前该项技术仍被少数国家或地区所垄断。传统抛光手段易对晶圆表面造成划痕、亚表面损伤和碎片等现象,而磁流变抛光技术具有法向压力低不易造成表面损伤、材料去除量可控等优点,可实现晶圆表面高质量抛光,但由于整体柔性接触的特征难以实现理想的表面平整度。在磁流变抛光实验中发现多磁极排布的磁场发生装置对晶圆表面平整度造成了巨大的影响。本文针对多磁极布局的半导体晶圆磁流变平坦化抛光进行了系统性研究,深入研究了磁场特征量与材料去除之间的映射关系,建立了晶圆表面平整度预测模型,实现了平坦化抛光的多磁极排布方式的磁场发生装置设计。本文的主要研究内容和成果如下:首先,明确了磁场特征量与抛光正压力之间的映射关系,并对晶圆表面微元点的运动轨迹进行建模与仿真分析。分析磁流变抛光液中磁粒和磨粒的受力状态,进而确定了磁场特征量与晶圆所受抛光正压力之间的映射关系,建立抛光正压力基础模型,并通过实验验证了数学模型的正确性。此外,建立运动轨迹模型,求得晶圆表面抛光点所受抛光正压力和相对速度的变化过程。随后,基于Preston方程和微元材料去除机理建立了面向晶圆表面的材料去除模型,在此模型基础上建立了晶圆表面平整度预测模型。通过磁流变抛光实验对抛光过程中晶圆表面平整度预测模型进行了验证。利用白光干涉仪测量抛光后的晶圆表面形貌,通过对比仿真和实验得到的晶圆表面形貌和平整度验证了平整度预测模型的准确性。在此模型基础上,研究工艺参数对表面平整度的影响,为确定多磁极排布方式的研究提供较优的工艺参数组合。最后,研究了多磁极布局方式对抛光接触面域内磁场分布的影响,分析了典型多磁极布局对晶圆表面平整度的影响。考虑兼顾抛光效率和质量定义了综合平整度,进而对比不同多磁极布局的优劣。为了得到最佳的磁极参数组合,提出了多磁极排布方式下磁极参数组合问题的求解方法。借助基于遗传算法优化的BP神经网络对不同磁极参数下的综合平整度进行预测,进而得到了最佳的磁极参数组合,实现了平坦化抛光的多磁极排布磁场发生装置设计。