リニアステージの設計は、長ストローク・高負荷のガントリーから、軽量ペイロードのマイクロポジショニングおよびナノポジショニングステージまで多岐にわたります。すべてのリニアステージは、高い位置決め精度と再現性を実現し、角度誤差と平面誤差を最小限に抑えるように設計・製造されていますが、マイクロポジショニングおよびナノポジショニング用途のステージでは、これらの非常に小さく精密な動作を実現するために、部品の選定と設計においてさらに考慮が必要です。

マイクロポジショニングとは、1ミクロン（マイクロメートル）という極めて小さな動きを実現するアプリケーションを指します。（1ミクロンは1メートルの100万分の1、つまり1.0×10⁻⁶メートルです。）
ナノポジショニングとは、1ナノメートルという極めて小さな動きを実現するアプリケーションを指します。（1ナノメートルは10億分の1メートル、つまり1×10⁻⁹メートルです。）

ミクロンまたはナノメートル範囲での位置決めを実現するには、摩擦を可能な限り排除することが重要な設計原則の一つです。そのため、ナノポジショニングステージでは、非接触駆動およびガイド技術が専ら用いられています。例えば、ナノポジショナーの駆動力は、一般的にリニアモーター、ピエゾアクチュエータ、またはボイスコイルモーターによって供給されます。一方、マイクロポジショニングは、ボールねじやリードスクリューといった従来型の機械式駆動機構で実現できる場合が多く、リニアモーターがマイクロポジショニング用途で使用されることもあります。

ナノポジショニングに使用される摩擦のないガイド技術には、エアベアリング、磁気ガイド、フレクシャなどがあります。これらの技術は転がり接触や滑り接触を伴わないため、従来の機械式トランスミッションで位置決め精度を低下させるバックラッシュやコンプライアンスも回避できます。マイクロポジショニングステージの場合、ボールが負荷ゾーンに出入りする際の脈動や摩擦レベルの変動がないため、非循環式リニアガイドが一般的に最適です。ただし、高精度な循環式リニアガイドの中には、これらの脈動や摩擦変動を低減するように最適化されたものもあり、特にストローク長が長いマイクロポジショニング用途に適しています。

摩擦やバックラッシュに加え、ヒステリシスやクリープといった他の影響も、システムがミクロンレベルまたはナノメートルレベルで位置決めする能力を妨げる可能性があります。これらの影響に対処するため、マイクロポジショニングおよびナノポジショニングステージは通常、必要な位置決め精度よりもはるかに高い分解能を持つ位置フィードバックデバイスを使用した閉ループシステムで動作します。これは多くの場合、マイクロポジショニング用途では1ミクロン（またはそれ以上）の分解能、ナノポジショニング要件では1ナノメートルの分解能を意味します。

こうした極めて高い分解能を実現できる技術としては、ガラススケール光学エンコーダ、静電容量式センサ、干渉計式エンコーダなどが挙げられます。しかし、ナノポジショニングステージは通常非常に小型なデバイスであるため、非常に小さなサイズで構築できる静電容量式エンコーダが一般的に最適な選択肢となります。マイクロポジショニングステージでは、特に温度変化や高湿度といった環境下では、高分解能磁気エンコーダが使用されることもあります。

マイクロポジショニングステージとナノポジショニングステージは、特殊な設計と構造にもかかわらず、特に材料、仕上げ、特殊加工の面で比較的容易にカスタマイズでき、独自の用途に適用できます。例えば、摩擦のない部品で構成されたステージは、転がり摩擦や滑り摩擦による微粒子を生成せず、潤滑も不要なため、クリーンルームや真空用途に適しています。また、非磁性バージョンが必要な場合でも、標準的な鋼製部品を非磁性部品に簡単に交換でき、耐荷重の低下を心配する必要はありません。マイクロポジショニングステージとナノポジショニングステージが使用される多くの用途では、わずかな振動さえも打ち消すダンピング機構や、外乱を補償する高度な制御アルゴリズムなどの機能が機械設計に組み込まれています。