离子束刻蚀起源于20世纪60年代，是一种干法刻蚀。其本质是物理轰击去除。在半导体器件工艺中借助图形化的掩模，离子束刻蚀可以将大面积设计图形精确转移到样片上，其常用离子源气体为惰性气体（氩气）。在离化和引出加速电场下，具有一定能量的离子直接轰击样品表面，将能量转移给被刻蚀材料的原子，在溅射作用下达到刻蚀的目的。如果离子束以合适的角度轰击靶材，把靶材原子沉积到样片表面，即可实现镀膜。相关溅射镀膜技术已在半导体器件制备中获得广泛应用。离子束刻蚀对于刻蚀材料没有特殊要求，所有固态材料都可以被加工。而且由于离子的方向性好，刻蚀为各向异性，刻蚀后侧壁的陡直度好，分辨率高。调节离子轰击方向与样片表面的夹角，就可以改变刻蚀侧壁的角度。配置质谱仪可以起到终点监控的作用，也可以实现对样片的成分分析。离子束刻蚀在惰性材料的精细干法刻蚀中具有十分重要的作用，在一些需要有特定角度结构的器件制备中也发挥了巨大作用。

离子束刻蚀的缺点在于刻蚀速率较慢，被刻蚀材料与掩模的选择比不高，而且物理轰击容易对样品表面造成损伤，经常发生被溅射物质的二次附着。后有研究人员发明了化学辅助离子束刻蚀技术，这种方法把反应气体通入离子束刻蚀真空腔室，例如可以用小喷嘴把反应气体输送到样片表面，可以在通气的同时使整个腔室保持较高的真空度。反应气体在样片表面参与刻蚀过程，该过程被引入了化学作用，可以有效提高刻蚀速率。但此类设备相对复杂，在与其他设备的竞争中，未被主流市场接受。

20世纪70年代，美国研究人员通过在离子注入机上加装聚焦透镜的方式，首次尝试了聚焦离子束注入。以镓元素为代表的液态金属离子源的出现是聚焦离子束加工技术发展的重要里程碑。合金液态金属离子源的发展和质谱仪的引入，进一步扩展了这项技术的应用范围。基于电子束曝光机的技术基础，现代聚焦离子束加工装置多具备离子束和和电子束双束系统。该系统除了可以实现离子和电子显微镜的成像功能，利用离子能量携带者和物质输送者双重特性，可以实现溅射刻蚀、注入、电子发射和曝光等功能。配合气体注入系统，利用电子和离子的分解、离化和热效应，该系统也可以实现辅助沉积和化学辅助离子束刻蚀的功能。离子束经过聚焦后，在图形发生器的作用下，可以对样片进行扫描式无掩模图形化加工，离子束斑可以小至几个纳米，结合氦等轻离子可以在薄膜上实现纳米级微孔的加工。聚焦离子能量、束流可控好，结合扫描的加工方式使得三维纳米结构的加工变得容易。但在聚焦离子束刻蚀过程中，很难完全克服损伤、二次淀积、离子注入和污染问题，在提高刻蚀速率时经常要接受加工精度和控制精度的下降。因此，对一些敏感结构多需要结合使用保护薄膜，在大束流高能量快速加工后，进行较低能量小束流的表面修饰。