Il s'agit d'une technique de lithographie à balayage sans masque et sans résistance. Elle est très similaire à l'EBL, sauf qu'elle utilise un faisceau d'ions plutôt qu'un faisceau d'électrons pour écrire le motif. En outre, le faisceau n'est pas utilisé pour exposer la réserve ; au lieu de cela, le faisceau pulvérise et enlève directement le substrat (ou le film), de sorte qu'il n'est pas nécessaire de sacrifier la réserve.

Les métaux liquides sont utilisés comme sources d'ions en raison de leur poids atomique plus élevé, ce qui permet d'obtenir des rendements de pulvérisation plus importants. Le gallium est le plus couramment pulvérisé en raison de son faible point de fusion. Les atomes de gallium sont chauffés, ionisés, accélérés et concentrés sur de petits points d'environ 5 nm sur le substrat. L'énergie d'accélération des ions incidents et le type de substrat déterminent le rendement de la pulvérisation et donc le taux d'élimination des atomes.

La redéposition des atomes pulvérisés est un problème majeur en FIB. C'est le cas lorsque les atomes pulvérisés reviennent à proximité de la position de fraisage, ce qui donne une surface rugueuse. C'est pourquoi des injecteurs de gaz sont utilisés pour volatiliser le matériau pulvérisé et accélérer la vitesse d'élimination des atomes. En utilisant un gaz précurseur approprié, la CVD peut également être induite à la position de bombardement ionique. Ces différents modes d'opération - enlèvement par pulvérisation, gravure réactive et dépôt - font du FIB un outil très polyvalent. Le FIB est actuellement utilisé pour réparer les photomasques en fraisant les traces métalliques non désirées et en déposant les traces métalliques manquantes, ainsi que pour les réparations chirurgicales des noyaux de circuits intégrés.

Un autre aspect très utile du FIB est qu'il peut être facilement utilisé en conjonction avec un microscope électronique à balayage dans la même chambre à vide dans une configuration à double faisceau.

Le canon à électrons et le canon à ions peuvent tous deux être dirigés vers le substrat de manière à ce que le faisceau d'ions puisse être dirigé et que le processus de broyage puisse être contrôlé en temps réel. Comme pour l'EBL, le substrat doit être mis à la terre.