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电子束光刻机在逐点扫描直写的全过程中，抵达每一处曝光像素的电子数量天然具备泊松统计特征，这种固有的涨落会造成局部曝光剂量出现随机起伏。即便设备控制系统保持稳定的驻留时间设定，单位面积接收的电荷总量依旧会在设定值附近上下浮动，当加工特征尺寸不断缩小，单个图形单元能够捕获的电子总量变少，剂量波动带来的影响会被持续放大。

剂量偏高的局部区域在后续显影阶段会产生额外溶蚀，剂量偏低位置则保留更多抗蚀剂组分，在图形侧壁形成不规则的边缘粗糙度。除了电子本身的散粒噪声之外，电子发射源的发射稳定性、偏转驱动时序抖动，同样会叠加形成剂量扰动，对于极小接触孔、窄线阵列这类对剂量十分敏感的结构，这类随机扰动会持续改变线条宽度与孔洞轮廓，成为制约精细图形形貌一致性的内在因素。