射束線式離子佈植機是將離子源產生的離子以質量分析器篩選、加速後，以離子束照射晶圓的離子佈植設備。提到離子佈植機，通常指的就是這種方式；藉由質量分離只打入目標離子種類，是它相對於電漿摻雜的決定性優勢。
設備依用途明確分化為3種類型。①高電流機（High Current）以數mA～數十mA的大電流負責10¹⁵atoms/cm²等級的高劑量，用於形成源極／汲極與接觸區。②中電流機（Medium Current）重視精度，負責臨界電壓調整與Halo佈植等低～中劑量製程。③高能量機（High Energy）可加速到MeV等級，用於形成深井區與CMOS影像感測器的深層結構。晶圓廠會依製程備齊這3種機型。
在低能量範圍，空間電荷效應是一道障礙。降低加速電壓後，離子間的互斥會使離子束擴散，能送到晶圓的電流急遽減少，產能隨之下降。為了避免這個問題，會採用先以高能量傳輸、在晶圓前方才減速的「減速（decel）方式」，或使用分子離子（BF₂⁺、B₁₀H₁₄⁺等團簇離子），以1次射入等效取得低能量、高劑量的手法。
對整片晶圓的均勻佈植是藉由掃描來實現。有以靜電偏轉或磁場掃描離子束的方式，以及以機械方式移動晶圓的方式（單片式碟盤掃描或批次旋轉碟盤），高電流機多採用不必降低束流電流的機械掃描。能精密設定傾斜角與扭轉角，也是控制通道效應與進行Halo佈植不可或缺的功能。
運轉上的課題是汙染與充電效應。射束線內壁遭濺射時有帶入金屬汙染的風險，零組件的選用與清潔左右品質。此外，電荷累積在絕緣膜上會導致閘極崩潰，因此以電子噴淋進行中和是標準配備。主要廠商為應用材料（Applied Materials）、Axcelis Technologies、住友重機械離子科技與日新離子機器。