선형 스테이지 설계는 긴 스트로크와 높은 하중을 견딜 수 있는 갠트리 스테이지부터 가벼운 하중을 처리하는 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 스테이지까지 다양합니다. 모든 선형 스테이지는 높은 위치 정밀도와 반복성을 제공하고 각도 및 평면 오차를 최소화하도록 설계 및 제작되지만, 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 응용 분야에 사용되는 스테이지는 이러한 매우 작고 정밀한 움직임을 구현하기 위해 부품 선택 및 설계에 있어 추가적인 고려 사항이 필요합니다.

마이크로포지셔닝은 1마이크론(마이크로미터)만큼 작은 움직임을 제어하는 ​​응용 분야를 말합니다. (1마이크론은 1미터의 백만분의 일, 즉 1.0 x 10⁻⁶m입니다.)
나노포지셔닝은 움직임이 1나노미터만큼 작은 응용 분야를 의미합니다. (1나노미터는 1미터의 10억분의 1, 즉 1 x 10⁻⁹ 미터입니다.)

미크론 또는 나노미터 범위의 정밀한 위치 제어를 구현하기 위한 핵심 설계 원칙 중 하나는 마찰을 최대한 줄이는 것입니다. 이러한 이유로 나노 포지셔닝 스테이지는 비접촉 구동 및 가이드 기술만을 사용합니다. 예를 들어, 나노 포지셔너의 구동력은 일반적으로 선형 모터, 피에조 액추에이터 또는 보이스 코일 모터에서 제공됩니다. 반면, 마이크로 포지셔닝은 볼 스크류 및 리드 스크류와 같은 보다 전통적인 기계식 구동 장치를 사용하여 구현할 수 있지만, 선형 모터가 마이크로 포지셔닝 응용 분야에 사용되는 경우도 있습니다.

나노 포지셔닝에 사용되는 마찰 없는 가이드 기술에는 공기 베어링, 자기 가이드 및 플렉셔가 있습니다. 이러한 기술은 구름 또는 미끄럼 접촉이 없기 때문에 기존 기계식 변속기에서 위치 결정 정확도를 저하시키는 백래시와 유연성을 방지합니다. 마이크로 포지셔닝 스테이지의 경우, 부하 영역에 들어가고 나오는 볼로 인한 맥동 및 마찰 변화가 없기 때문에 일반적으로 비순환 선형 가이드가 최적의 선택입니다. 그러나 이러한 맥동 및 마찰 변화를 줄이도록 최적화된 고정밀 순환 선형 가이드도 있어, 특히 총 스트로크 길이가 긴 마이크로 포지셔닝 응용 분야에 적합합니다.

마찰과 백래시 외에도 히스테리시스 및 크리프와 같은 다른 요인들이 시스템의 마이크론 또는 나노미터 수준의 위치 결정 능력을 저해할 수 있습니다. 이러한 요인들을 해결하기 위해 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 스테이지는 일반적으로 요구되는 위치 결정 정확도보다 훨씬 높은 해상도를 가진 위치 피드백 장치를 사용하는 폐루프 시스템으로 작동됩니다. 이는 마이크로포지셔닝 응용 분야의 경우 단일 마이크론(또는 그 이상) 해상도, 나노포지셔닝 요구 사항의 경우 단일 나노미터 해상도를 의미하는 경우가 많습니다.

이처럼 극도로 높은 해상도를 제공할 수 있는 기술로는 유리 스케일 광학 엔코더, 정전 용량 센서, 간섭계 기반 엔코더 등이 있습니다. 하지만 나노 포지셔닝 스테이지는 일반적으로 매우 작은 장치이기 때문에, 극소형 크기로 제작할 수 있는 정전 용량 엔코더가 최적의 선택인 경우가 많습니다. 마이크로 포지셔닝 스테이지의 경우, 특히 온도 변화나 높은 습도와 같은 환경 조건에서는 고해상도 자기 엔코더가 사용되기도 합니다.

특수한 설계와 구조에도 불구하고, 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 스테이지는 재료, 마감, 특수 처리 측면에서 비교적 쉽게 맞춤 제작이 가능하며 다양한 응용 분야에 적용할 수 있습니다. 예를 들어, 마찰이 없는 부품으로 제작된 스테이지는 구름 마찰이나 미끄럼 마찰로 인한 미립자 발생이 없고 윤활이 필요하지 않으므로 클린룸 및 진공 환경에 적합합니다. 또한 비자성 버전이 필요한 경우, 표준 강철 부품을 비자성 부품으로 쉽게 교체할 수 있으며 하중 용량 감소에 대한 우려도 없습니다. 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 스테이지가 사용되는 많은 응용 분야에서는 미세한 진동까지 상쇄할 수 있는 감쇠 메커니즘과 교란을 보정하는 고급 제어 알고리즘과 같은 기능이 기계 설계에 포함됩니다.