リニアステージの設計は、ロングストローク・高荷重ガントリーから、軽量ペイロードのマイクロポジショニングステージや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提供し、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アプリケーション用のステージでは、これらの非常に微細で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更なる考慮が必要です。

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）という小さな動きを伴う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 x 10-6 mです。）
ナノポジショニングとは、1ナノメートルという小さな動きを伴うアプリケーションを指します。（1ナノメートルは1メートルの10億分の1、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単位の位置決めを実現するためには、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、非接触型の駆動・ガイド技術のみが採用されています。例えば、ナノポジショナーの駆動力は、通常、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、ボールネジやリードスクリューなどの従来型の機械式駆動装置で実現できる場合が多くありますが、マイクロポジショニングアプリケーションではリニアモーターが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フリーガイド技術には、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では、ボールが負荷ゾーンに出入りする際に脈動や摩擦レベルの変動が生じないため、非循環型リニアガイドが一般的に最適な選択肢です。しかし、一部の高精度循環型リニアガイドは、これらの脈動や摩擦変動を低減するように最適化されており、特にストローク長が長いマイクロポジショニングアプリケーションに適しています。

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、システムのミクロンまたはナノメートルレベルでの位置決め能力に影響を与え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ステージ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用いた閉ループシステムで動作します。これは、マイクロポジショニングアプリケーションでは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することがよくあります。

このような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式エンコーダ、静電容量式センサー、干渉計ベースのエンコーダなどがあります。しかし、ナノポジショニングステージは一般的に非常に小型のデバイスであるため、非常に小さなフットプリントで構成できる静電容量式エンコーダが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、特に温度変動や高湿度の環境下では、高解像度の磁気式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や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、特に材質、仕上げ、特別な準備に関して比較的簡単にカスタマイズでき、独自のアプリケーションに適用できます。例えば、摩擦のない部品で作られたステージは、転がり摩擦や滑り摩擦による微粒子物質を生成せず、潤滑も不要なため、クリーンルームや真空アプリケーションに適しています。また、非磁性バージョンが必要な場合は、標準のスチール部品を非磁性の代替品に簡単に交換でき、耐荷重の低下を心配する必要もありません。マイクロポジショニングステージやナノポジショニングステージが使用される多くのアプリケーションでは、わずかな振動にも対応できる減衰機構や、外乱を補正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。