在芯片制备工艺过程中,应用等离子体刻蚀技术形成需求的形貌是其中最为重要的一个过程之一。为了克服单靠实验手段获取经验的耗时长、费用高、对实验人员的经验依赖强等缺点,应用数值方法模拟等离子体刻蚀过程是很有必要的,而且为了减少单纯的试测方式带来的盲目性,在基于数值模拟的基础上,对等离子体刻蚀形貌的评价指标进行优化设计具有一定的实用意义。本文通过应用CFD软件对混合气体C4F8/AR刻蚀Si02过程进行数值模拟,研究了宏观腔室中工艺参数射频功率、腔室气压、气体比例、极板电压和微观器件的结构参数光刻胶厚度、光刻胶角度、槽口宽度对刻蚀结果评价指标刻蚀速率和横向刻蚀宽度的灵敏度。研究发现,各个参数对刻蚀速率的影响是符合等离子体刻蚀技术的物理化学机理的,而且每一个参数对刻蚀速率和横向刻蚀宽度的影响趋势是不一样的,甚至截然相反。本文选取了对刻蚀速率和横向刻蚀宽度均有一定敏感性的宏微观参数极板电压、腔室气压、光刻胶角度和槽口宽度作为关键的设计变量,对二者进行微观尺度和宏微观跨尺度的多目标优化设计。通过应用全因子试验设计方法和最优拉丁超立方试验方法选取样本点,建立近似模型,并进行优化设计。首先,对刻蚀速率和横向刻蚀宽度分别做单目标优化。基于响应面方法,径向基函数神经网络模型和Kriging模型,构造了不同的代理模型,并针对性的采用遗传算法、粒子群算法等对其构造了优化设计流程,加以优化求解。在刻蚀速率的微观结构参数的优化设计方面,将遗传算法应用于基于响应面方法构造的模型上,这种求解方法是高效的；在横向刻蚀宽度的宏微观跨尺度优化方面,将粒子群算法应用于Kriging模型上,这种求解方法是可靠的。其次,考虑到刻蚀工艺不单关心单目标,刻蚀速率和刻蚀剖面质量都是非常重要的。因此,以刻蚀速率和横向刻蚀宽度为目标函数,以微观器件结构参数为设计变量开展了针对上述两个目标函数的多目标优化设计研究,求解发现,径向基函数神经网络模型构造的存档微遗传算法(AMGA)和第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)是较优的；并将上述多目标优化模型及求解算法拓展到宏微观两个尺度的优化研究工作中,求解发现,Kriging模型构造的第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)是较优的。研究改善了刻蚀工艺参数及微结构的参数。最后,基于元胞算法,初步发展了三维的等离子体刻蚀的剖面演化的数值模拟,并对槽内电场、离子轨迹以及离子与被刻蚀表面的相互作用等内容进行了模拟仿真,结果可用于对器件表面形貌及粗糙度进行评价。