FIB系统由多个关键部分组成，如图所示。离子源是系统的核心，通常采用液态金属离子源，如镓离子源。针型液态金属离子源的尖端是一个直径约几微米的钨针，针尖正对着孔径。在外加电场的作用下，加热金属使其液态化并浸润针尖，从而形成离子流。离子源发射的离子经过光阑限束后，由聚焦系统聚焦，再通过不同孔径的可变光阑，得到束流可控的离子束。离子束在偏转系统的控制下，按照特定路径进行扫描，最终通过物镜入射到样品表面。由于离子轰击衬底会产生二次电子，通过扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）可以监测二次电子，从而获得样品表面的形貌图。这种同时具备FIB加工和观测功能的系统通常被称为双束系统，例如FIB-SEM双束系统和FIB-TEM双束系统。
FIB与电子束/光学光刻的对比
1.加工过程FIB、电子束光刻（Electron Beam Lithography, EBL）和光学光刻（Photolithography）三种加工方式的本质都是将图形转移到特定衬底上，但由于工艺不同，其步骤和复杂程度也有所不同。光刻和EBL需要通过光或电子束使光刻胶变性，再通过显影将变性的光刻胶洗掉，从而将图案转移到光刻胶上。随后，通过刻蚀工艺将图案转移到衬底上。而FIB则可以直接利用离子束对样品表面进行定点轰击，完成微纳结构加工，无需光刻胶和掩模版。2.从刻蚀角度分析三者虽然三者都需要通过离子将特定位置的原子剥离以完成图案转移，但具体使用的离子和刻蚀方式有所不同。FIB需要离子源对环境条件要求低，并且能提供大束流。其刻蚀过程为物理过程，溅射逸出的颗粒大部分被真空泵抽走，但部分颗粒会掉落在刻蚀区域附近，尤其在刻蚀大深宽比器件时，这种现象更为严重，可能会对光学器件的性能产生较大影响。相比之下，光刻和电子束光刻大多采用电感耦合等离子体反应离子刻蚀（Induction Coupling Plasma-Reactive Ion Etching, ICP-RIE）。这种刻蚀方法结合了物理和化学过程，在离子对衬底的溅射基础上，增加了离子与衬底的化学反应并生成气体。通过抽气装置和调节气体流速，可以及时将衬底表面的气体抽运走，从而不影响加工精度。3.从加工速度分析在加工速度方面，光刻是最快的，且吞吐量最大，能够批量生产大量芯片。而EBL和FIB需要使用位移系统对刻蚀区域进行扫描。电子束只需诱导电子抗刻蚀剂变性，时间相对较短；而FIB需要对辐照区域进行剥离，对于面积大、深度深、精度高的刻蚀任务，所需时间较长。此外，光刻和EBL在刻蚀过程中由于有光刻胶保护，可以采用整体刻蚀，时间大大减少。4.对比总结与光刻和电子束光刻相比，FIB的加工步骤明显减少，能够实现“即刻加工，所见即所得”，并且可以沉积微小结构。其载物台可以实现多轴移动，结合离子注入可以控制结构的内部应力，从而加工复杂的三维结构。
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