在干法刻蚀中，随着Recipe参数和等离子体状态的改变，可分为三种性质的刻蚀方式，即纯物理性刻蚀或纯化学反应性刻蚀、物理和化学混合作用刻蚀。
一、物理刻蚀
纯物理性刻蚀可视为一种物理溅镀（Sputter）方式，它是利用辉光放电，将气体（如Ar）解离成带正电的离子，再利用自偏压（self bias）将离子加速，溅击在被刻蚀物的表面，而将被刻蚀物质原子或分子击出。此过程完全利用物理上能量的转移，故称为物理性刻蚀（如图1所示）。利用下电极所产生的自偏压会吸引等离子体中的正离子轰击基板表面，达到破坏膜层表面的刻蚀目的，这种刻蚀的好处在于它很强的刻蚀方向性，从而可以获得高深宽比的刻蚀剖面，以达到好的线宽控制目的。其特点有：
1）各向异性刻蚀；
2）低刻蚀选择比；
3）因轰击效应使得被刻蚀膜层表面产生损伤；
4）反应副产物部分为非挥发性物质，容易累积于腔体内部。
图 1 物理溅射（sputter）机理
二、化学刻蚀
纯化学反应性刻蚀，则是利用各种能量源（RF，DC，microwave等）给予气体能量，产生等离子体，进而产生化学活性极强的原（分）子团，原（分）子团扩散至待刻蚀物质的表面，与待刻蚀物质反应产生挥发性的反应生成物，最后挥发性生成物被真空设备抽离反应腔。因这种反应完全利用化学反应来达成，故称为化学反应性刻蚀，如图2所示。这种刻蚀方式相近于湿式刻蚀，只是反应物及产物的状态由液态改变为气态，并利用等离子体来促进刻蚀的速率。因此纯化学反应性刻蚀拥有类似于湿式刻蚀的优点及缺点，特点有：
1）各向同性刻蚀；
2）高刻蚀选择比；
3）高刻蚀速率；
4）低表面损伤；
5）反应腔体洁净度较易维持。
图 2 化学反应性刻蚀机理
在MEMS制程中，纯化学反应性刻蚀的应用包括不需做图形转移的步骤（如光阻的去除），也包括图形转移的步骤（如XeF2刻蚀Si工艺）。
图 3 基于化学反应机制的理想刻蚀过程
如图3所示，一个仅基于化学反应机制的理想干刻蚀过程可分为以下几个步骤：（1）刻蚀气体进入腔体，在电场作用下产生等离子体形态的刻蚀物质，如离子或自由基(Radicals)；（2）刻蚀物质借由扩散、碰撞或场力移至待刻蚀物表面；（3）刻蚀物质吸附在待刻蚀物表面一段时间；（4）进行化学反应并产生挥发性的生成物；（5）生成物脱离表面；（6）脱离表面的生成物扩散至气体中并排出。上述步骤中若其中一个停止发生，则整个反应将不再进行。而其中生成物脱离表面的过程最为重要，大部份的反应物质皆能与待刻蚀物表面产生快速的反应，但除非生成物有合理的气压以致让其脱离表面，否则反应将不会发生。
三、物理和化学刻蚀
单纯的物理或化学刻蚀所得到的刻蚀速率低于两者综合效应，如膜层表面先受到离子轰击，破坏表层结构，再施以化学反应，可得到数倍以上的刻蚀速率。物理和化学混合作用的机理可以理解为离子轰击改善化学刻蚀作用，如图4所示。加入离子撞击的作用为：一是将待刻蚀物质表面的原子键结破坏，以加速刻蚀效率；二是将沉积于待刻蚀物质表面的副产物或聚合物（Polymer）打掉，以便待刻蚀物质表面能再与反应气体接触。各向异性刻蚀的达成，也是靠再沉积的产物或聚合物，沉积于待刻蚀图形上，在表面的沉积物可被离子打掉，刻蚀可继续进行，而在侧壁上的沉积物，因未受离子的撞击而保留下来，阻隔了表面与反应刻蚀气体的接触，使得侧壁不受侵蚀，从而获得各向异性刻蚀，如图5所示。物理和化学混合作用机理使干法刻蚀能获得好的线宽控制并有不错的选择比，因而目前干法刻蚀最具广泛使用的方法便是结合物理性刻蚀与化学反应性刻蚀。
图 4 物理和化学刻蚀机理
图 5 物理和化学刻蚀过程及侧壁的形成
干法刻蚀也可以根据被刻蚀的材料类型来分。在半导体制程刻蚀工艺中，按材料主要可分为非金属和金属刻蚀。非金属刻蚀有Si、SiO2、SiNx刻蚀等，可概括性的视为Si刻蚀，其刻蚀气体可选用的有SF6及CFx系，一般在MEMS制程选用SF6，因为其解离之F自由基较多，反应速率较快，且Recipe较为洁净；CFx系由于在反应过程中，容易有CH化合物产生较少被选用，但CFx系可通入O2，通过改变F/C比例及O与C的结合，减少CFx与F的再结合，增加F自由基来加快刻蚀速率，并可调整Si/Oxide之选择比，Recipe控制的弹性较SF6要高。金属刻蚀则以Al刻蚀为主，一般采用Cl2作为刻蚀气体，可得到各向同性的化学性刻蚀效果。
