为了满足浸没式双工平台超精密位置测量的应用要求，提出了一种超精密空间分离式外差利特罗平面光栅编码器位移测量系统。给出了测量系统的原理和方案设计、系统各部件的设计和制造、编码器测量原理的推导和实验验证。所设计的平面光栅编码器位移测量系统的相位卡细分率为4096，测量分辨率为PM。实验结果表明，平面光栅位移测量系统可以实现x方向和Z方向位移的同时测量，Z方向运动行程为1巴，能够满足光刻机双工台的垂直对焦要求。当Rx/ry/RZ单轴旋转或三轴组合旋转的极限旋转角度为1.5 mrad时，交流信号质量仍满足测量要求，光刻双工件台Rx/ry/RZ的调平旋转可以满足要求。所设计的平面光栅编码器位移测量系统能够实现光刻机双工平台相应的测量功能，具有较高的性能指标。