在光刻机制造中，工件台是关键部件之一。工件台的六自由度测量由多轴双频激光干涉仪完成，而在干涉仪工作前必须为其提供绝对参考零位，故而需要一种快速有效的六自由度测量方法来提供该零位。目前的六自由度测量方法中，三坐标测量法须将工件台放置在坐标机上测量，无法满足在线测量的要求；基于图像处理的测量方法受摄像机尺寸限制，很难完成小范围测量；超声波测量法主要适用于工业测量领域，其精度较低；全息技术法同样存在安装困难等问题；光斑位置检测法能够完成动态、大范围或小范围测量，因此该方法最适合本课题使用。在光斑检测法基础上，提出了一种简便、快速的六自由度测量方法，该方法以二维PSD为测量元件，以角锥棱镜为敏感元件，具有结构简单、效果好、测量精度高、范围大，适于静态和动态测量等特点。本课题完成的主要工作如下：（1）建立了上述六自由度测量方法的数学模型，通过三组PSD和角锥棱镜构成的二维检测系统共测得六维信息，然后利用模型矩阵转换后即得到工件台的六自由度信息。研究分析表明，基于PSD和角锥棱镜的二维检测是上述方法的关键技术，进一步的通过测量模型解算得出上述二维检测的指标要求。（2）分析了上述二维检测中所有可能存在的误差，从测量环节考虑，误差来源于光源部分、角锥棱镜部分和PSD测量部分，其中PSD的安装误差和光源的漂移误差对测量最为不利。针对PSD的安装误差，提出了一种以光源出射光为基准、利用五棱镜和二维靶标校正PSD安装误差的方法，理论分析表明，该方法能够控制PSD安装误差不大于39.38′，由PSD安装误差造成的测量误差减小到0.0164μm。针对激光漂移的误差，提出了一种双路激光漂移差补的方法，通过参考光路监测激光的漂移量，并利用误差模型将该漂移量经过转换后补偿到测量结果中，理论分析表明，使用该方法后可以使漂移引起的测量误差减少90.2%以上。（3）完成了上述二维检测系统的全部设计工作，具体包括光学器件选型、电路、软件和相应机械结构的设计等；搭建了实验平台，设计了相应的实验方案，对上述二维检测系统进行了大量的相关实验。实验结果显示，经过双路补偿后8小时的X轴和Y轴的漂移量分别减少55.1%和73.3%；在全量程±250μm范围内，X轴和Y轴的非线性误差分别为0.2%F.S.和0.22%F.S.；X轴和Y轴的分辨力均能达到45nm；X轴测得的重复性误差为23.3nm，Y轴测得的重复性误差为19.1nm；间接动态实验验证了系统的频响优于8kHz。上述实验结果表明，本课题设计的基于PSD和角锥棱镜的二维检测系统达到了预期的设计指标。因此利用上述技术实现二维检测是有效的，同时该技术对最终六自由度测量方法的实现起到了关键作用。