掩模-硅片对准技术作为光刻机三大核心技术之一，一直是光刻机的研究热点。掩模台对准时，其微动台平面三自由度微位移测量直接影响到光刻机的套刻精度和图形尺寸。为了满足微动台更换掩模版时的测量要求，本文设计了基于线性霍尔传感器的平面三自由度测量系统，主要完成的工作如下：通过对单自由度微位移测量装置进行电磁场仿真，得出了磁感应强度空间分布的形式，验证了单自由度测量方案可行性。在此基础上设计了平面三自由度测量的传感器布局方案，针对测量平面内磁感应强度的理想分布模型于实际分布模型不一致的问题，提出了一种基于椭圆函数拟合的微动台平面三自由度位置解耦方法，通过对测量平面磁场强度进行高密度采样，利用椭圆函数对磁感应强度分布模型进行拟合，为建立传感器测量值与微动台位置的对应关系提供了理论设计依据；根据控制系统对数据传输速率的要求，设计了基于FPGA的模块化线性霍尔传感器信号处理卡，实现了高灵敏度、高采样率、高传输速率测量；搭建了单自由度微位移测量装置实验平台及平面三自由度综合测试的实验平台，对测量系统的单自由度及平面三自由度分辨力和非线性度进行了实验验证，验证了测量系统的正确性。单自由度传感器实验结果表明，当线性霍尔传感器距离磁钢表面高度为8.0mm时，传感器在4.0mm的量程内分辨力优于1μm，非线性度为6.06%F.S.，补偿后非线性度能达到0.08%F.S.。平面三自由度实验结果表明，在±2mm平面测量范围内，基于椭圆函数拟合的磁场曲线能够较理想地反映磁感应强度的真实分布状况，平均拟合误差优于1μm；X方向上4mm的量程内分辨力为1μm，Y方向上4mm的量程内分辨力为1μm，Rz方向的分辨力达1.296″。上述结果表明，本课题设计的基于线性霍尔传感器的平面三自由度测量系统达到了预期指标。