半导体产业在经济生产中扮演的角色越来越重要，作为半导体芯片的主要生产设备，光刻机工件台的定位精度直接影响到芯片的线宽及产率。本论文的研究就是建立在步进扫描投影式光刻机基础上。工件台的六自由度测量由光栅尺和激光干涉仪等光学传感器等传感器测得，但激光干涉仪是增量式传感器，零位校准是其正常工作的必要条件，本文将针对这一过程设计一种六自由度零位传感器，并将测得的零位数据进行信号处理后传递给信号采集卡，进而对激光干涉仪的零位补偿值进行修正。首先，本文首先简要介绍了目前常用的几种微位移测量方法，根据各种方法的特点，最终选择光学三角法作为位移测量方法。然后分别分析了位置敏感传感器和角锥棱镜的基本工作原理，并对位置敏感传感器结合角锥棱镜的六自由度测量方法进行了阐述。其次，本文在基于位置敏感传感器的微位移测量原理分析的基础上，从光学、机械、硬件电路三个方面详细阐释了二自由度测量系统的具体设计与实现过程。，主要包括光学系统分析、关键器件选型、机械结构分析、硬件电路设计及软件程序设计等工作。然后，针对本文设计与实现的二自由度测量系统，先对系统可能存在的误差进行分析，设计了相应的实验方案对系统性能进行评价，再对分辨力、重复性两个方面进行测试，得出实验结果，验证了二自由度测量系统设计的可行性。最后，本文对激光干涉仪系统的零位校准问题进行了研究。激光干涉仪是实现光刻机工件台六自由度测量的关键传感器，而零位校准是其正常工作的先决条件，这一过程则由本文设计的零位传感器实现。根据零位传感器的测量值对激光干涉仪的零位补偿值进行修正，从而达到校零的目的。基于本文设计与实现的零位传感器，提出校准方法，建立相关模型，并确定具体的零位校准过程；提出一种简化的激光干涉仪模型用于校零过程，并确定了激光干涉仪初始化以及零位补偿量的修正方法；确定了激光干涉仪系统的零位校准流程。