본 발명에 따른 반도체 소자의 오버레이 오차 예측 방법 및 오버레이 오차 보정 방법은 우선 웨이퍼 내 모든 오버레이 오차를 사용하여 한 개의 오버레이 오차 모델로 보정하는 웨이퍼 레벨 오버레이 오차 모델링 방법과 각 필드에 속하는 오버레이 오차만 사용하여 필드 별로 오버레이 오차 모델을 수립하는 필드 레벨 오버레이 오차 모델링 방법을 수행한다. 이후 웨이퍼 레벨 오버레이 오차 모델링 방법과 필드 레벨 오버레이 오차 모델링 방법에서 각각 도출된 회귀 계수를 평균 내어 최종적으로 본 발명에 따른 오버레이 오차 모델링 방법을 얻을 수 있다. 이에 따라 본 발명은 웨이퍼 내의 전반적인 오버레이 오차의 경향성과 각 필드 내의 오버레이 오차의 경향성을 동시에 반영할 수 있기 때문에, 오버레이 오차가 측정되지 않은 웨이퍼에 보다 최적화된 보정을 가능하게 할 수 있다. 특히 본 발명의 경우 실험예를 통해 평균 제곱 오차(MSE) 측면에서 선형 최소 자승 회귀 기반(OLS-based) 모델 대비 약 15.9%가 좋아지고, 평균 절대 오차(MAE)와 |mean|+3σ 측면에서는 각각 8.3%와 7.8%가 더 좋아진 것을 확인할 수 있었으며, 로트 내 웨이퍼 간 변형도 최소화하는 효과가 있음을 확인할 수 있었다.