从“对到一个点”变成“控制一张误差场”
微米级装配通常可以先把两个对象近似为刚体，用 X、Y、θ 三个自由度描述相对位置。晶圆多层图形的 Overlay 则不同：晶圆会经历旋涂、烘烤、曝光、刻蚀、沉积和应力变化，误差不只来自平移与旋转，还包含倍率、非正交、晶圆形变和局部残差。
因此，10–50 nm 级的 Overlay 任务不能简单理解成“换一台更高倍率相机”。它需要曝光设备、对准传感器、计量目标、全晶圆采样、模型拟合与反馈控制共同工作。
Alignment 与 Overlay 的区别
| 概念 | 回答的问题 | 常见输出 |
|---|---|---|
| Wafer Alignment | 曝光前，晶圆相对设备坐标在哪里？ | 位置、旋转、晶圆网格模型 |
| Overlay | 曝光并显影后，本层图形相对前层落在哪里？ | 多点 X/Y 偏差与统计分布 |
| Placement Accuracy | 机构把对象放到目标位的能力如何？ | 单次或重复放置偏差 |
| Metrology Uncertainty | 测量结果本身有多可信？ | 重复性、再现性、不确定度 |
ASML 将 Overlay 定义为芯片层与层之间的对准准确度，并通过专用计量目标获取数据，再把结果反馈给光刻系统。公开资料显示，先进光刻平台的 Overlay 能力已优于 2 nm；这与普通工业视觉的微米级“找 Mark”属于不同系统层级。
为什么要多点测量
只在晶圆中心测一个 Mark，最多能说明局部位置。要区分下列误差，必须在全晶圆布置计量点：
- 全局 X/Y 平移与旋转；
- X/Y 倍率差与非正交；
- 扫描方向相关误差；
- 晶圆边缘高阶形变；
- 场内 Overlay 与局部工艺残差。
采样点越多，能识别的模型越复杂，但测量时间、数据量和过拟合风险也会上升。正确做法不是无限加点，而是让采样策略对应可执行的补偿自由度。
晶圆键合又是另一种 Overlay
混合键合或晶圆堆叠需要在两片晶圆接触前完成面对面对准，同时控制颗粒、平坦度、弯曲与键合波传播。EV Group 公布的 SmartView NT3 对准能力小于 50 nm，并报告了小于 100 nm 的键合后 Overlay 演示结果。
这里尤其要区分：
- 对准机台读数：接触前视觉求得的相对位姿；
- 键合后 Overlay：接触、夹持和键合过程完成后的真实结果；
- 局部互连叠加量：微凸点或混合键合 Pad 在局部位置的重叠余量。
什么时候普通视觉方案仍然适用
如果任务是晶圆搬运预对准、切割道定位、Probe Card 对针、背面粗对准或先进封装中的大尺寸 Mark 识别，工业视觉加高精度平台仍然非常有效。真正的边界不只由“纳米”两个字决定，而是由以下条件决定：
- 是否需要测量已经形成的图形层，而非机械载台位置；
- 是否需要覆盖全晶圆高阶形变；
- 测量不确定度是否必须显著小于工艺公差；
- 是否能把测量结果反馈到真实可控的曝光或键合自由度。
若四项都成立，需求已经进入专用 Overlay 计量与过程控制系统，而不是单机视觉定位项目。