随着集成电路规模的不断扩大和电子元器件表面特征尺寸的不断缩小,等离子体刻蚀凭借其独特的优越性而被广泛地应用到半导体制造领域。经过过去几十年的集中研究,等离子体刻蚀工艺已逐渐被人们掌握,但由于其分析与设计涉及流场、温度场、电磁场、等离子场多场耦合与几何多尺度特征并存的困难,目前人们还不能对其中的某些复杂现象和机理作出完全合理地解释。传统的手段主要依赖于反复实验总结的经验来提高产品质量和生产效率,成本高、周期长。为此,本文通过商业软件CFD-ACE和CFD-TOPO对C4F8/AR混合气体刻蚀SiO2过程进行了数值模拟,发现该数值模型能够较为合理地分析等离子体刻蚀的宏观腔室和微观刻蚀槽中的物理化学过程,并研究了可调工艺参数对等离子体特性和刻蚀形貌的影响。基于代理模型,对影响刻蚀速率的工艺参数进行了优化,验证了所提出方法的有效性和可行性。第二章介绍了等离子体刻蚀的基本原理,并重点对相关的数值模拟技术进行了概述。第三章对影响电子个数密度和电子温度的变量进行了分析,研究发现随着射频功率的增加,电子个数密度和电子温度均增大；随着射腔室气压的增加电子个数密度增大,而随电子温度却减小；极板电压几乎不影响电子个数密度和电子温度。对离子的能量分布和角度分布做了分析,发现由于极板加的是交流电,离子的能量分布有两个峰值；随着极板电压的增加,离子的能量增大；离子以不同的角度入射到晶片表面,但与表面法线的夹角基本都在9度以内。最后研究了可调工艺参数对刻蚀形貌的影响,发现随着射频功率和极板电压的增加,横向刻蚀逐渐增强；而腔室气压对横向刻蚀速率的影响正好相反。第四章首先对影响纵向刻蚀速率的因素进行了敏感性分析,发现随着混合气体中C4F8的比例和射频偏压的增加,纵向刻蚀速率单调增加；而射频功率和腔室气压对纵向刻蚀速率的影响并不单调。在此基础上基于代理模型的方法,对射频功率和腔室气压进行了优化。发现对相同的近似模型,拉丁超立方设计相对全因子设计可以在较少样本点情况下得到了相对准确的结果；相比于最小二乘模型和移动最小二乘模型,HyperKriging模型的预测精度最好。论文工作依托02号国家科技重大专项计划项目的支持,对C4F8/AR混合气体刻蚀Si02过程的数值模拟,为实验研究提供了理论和方向性指导。基于代理模型的优化方法,为提高产品质量和生产效率提供了工艺参数优化的一种可行、有效的技术路线。