超平滑无损伤铜表面的超精密加工技术在微电子器件和微机电系统制造中具有广泛的需求。目前,化学机械抛光作为常见的超精密加工技术,在超光滑超平整表面加工中得到广泛应用,但由于其加工过程中的机械作用而难以获得无损伤铜表面。现有的化学抛光和电化学抛光等无应力抛光方法由于没有机械作用的影响,可获得高完整性无损伤的铜表面,但化学抛光仅能达到亚微米级表面粗糙度且无法改善工件表面的平面度,电化学抛光虽可达到纳米级表面粗糙度,但也无法实现高精度平坦化加工。所以,目前的化学机械抛光和无应力抛光技术均无法满足超平滑无损伤铜表面的加工需求。本文针对超平滑无损伤铜表面加工的难题,基于电化学氧化和扩散控制反应的基本原理,提出了一种新的无应力抛光方法——电致化学抛光,通过抛光机理研究,确定了实现电致化学抛光的基本条件,开发了相对应的抛光加工试验系统和抛光液体系,利用数值模型分析了电致化学抛光的抛光性能并进行了试验验证,且最终针对具有粗糙表面及微图案表面的铜工件,进行了电致化学抛光工艺试验,实现了无应力高精度表面抛光,主要研究内容与结论如下：1)根据电致化学抛光的基本原理,建立了电致化学抛光过程的解析模型,提出了抛光能力指数(表面粗糙峰峰顶与谷底材料去除率的比值)这一评价指标,并对电致化学抛光的加工效率以及抛光能力指数进行了理论分析,发现制备超光滑表面的工具电极以及尽可能小的控制工具电极与工件表面之间的加工间距d是实现高效抛光的关键。在此基础上,研究了超光滑表面工具电极的制备方法,研制了相对应的抛光试验系统,通过采用位移反馈、视觉反馈以及力反馈模块实现加工间距d的高精度控制,试验系统的控制精度达到40nm。2)针对铜电致化学抛光的抛光液体系需求,开发出以FeSO4作为基础抛光液、H2SO4作为pH调节剂、苯并三氮唑(BTA)作为侧向电子传导抑制剂的抛光液,对抛光液粘度以及温度对抛光过程的影响进行了研究。发现随着抛光液粘度的增大,其加工效率及抛光能力指数均降低；而随着抛光液温度的增加,其加工效率会逐渐增加,但抛光能力指数则随温度的变化不大。此外,利用XRD以及XPS等仪器研究了抛光液各组分的作用机理。通过分析可知,pH调节剂(H2SO4)的作用机理为去除铜工件表面的氧化层从而间接的促进了刻蚀剂Fe3+与Cu工件的反应,而BTA则通过吸附于Cu工件的表面,实现了对侧向电子传导的持续抑制。3)建立了铜电致化学抛光过程的数值模型,研究了初始工件表面波长L、峰谷值h以及加工间距d对抛光能力指数的影响。研究发现,当L>>d时,随加工间距d的逐渐增加,抛光能力指数逐渐降低,并最终趋近于(d+h)/d；当L≤d时,加工间距d对抛光能力指数影响很小。基于数值模拟结果给出了抛光能力指数的经验公式和工件表面峰谷值(PV)降到指定值所需平均加工深度的预测公式,并通过试验进行了验证,实现了对抛光过程的量化分析。4)分别对单晶、多晶两种铜工件进行了电致化学抛光加工,分析了表面粗糙度的变化,发现电致化学抛光方法对此两种不同组织结构的铜工件均有很好的抛光效果；对图案铜工件也进行了电致化学抛光加工,其PV值由初始的4.70μm改善至了0.059μm,因此电致化学抛光方法可实现图案铜工件的平坦化加工；分别使用6 mm直径电极进行了动态抛光和使用50mm直径电极进行了静态以及动态抛光,从而研究了大面积电致化学抛光的可行性,由加工结果可知通过小面积电极的动态加工可实现大面积铜工件的抛光。同时针对50mm平面间均匀间隙控制和超光滑电极制备的难题,提出了基于静压液浮的间隙控制方法,研制了一套基于静压液浮的试验平台,最终实现了在静态以及动态状况下50 mm直径大面积铜工件表面的高精度抛光。