逆向工程(Reverse Engineering)對於不熟悉此工程的人，常常將之與駭客、盜版、竊盜連結在一起。但其實不盡然，隨著專利戰盛行，逆向工程對於許多企業而言，不僅是用來保護自身的專利，確保競爭對手不能非法使用這些專利，同時也保護自己不會侵犯到競爭對手的專利。
而對於半導體產業而言，逆向工程更一直是研發設計的主軸，可以協助IC設計在開發新產品所需的成本、工時、人力與技術作全面性的分析，並可針對有專利性的電路，經專利地圖資料庫分析比較以做好專利迴避，藉此了解市場態勢並掌握商機。
本文將從兩方面切入，一、奈米等級的先進製程晶片，如何透過去層手法(Delayer)，取裸晶(Die)觀察裡頭每一層的電路布局(Layout)；二、BGA封裝體、PCB等級的大範圍Layout提取逆向分析技術。
奈米等級先進製程晶片逆向分析
隨著摩爾定律發展，製程演進至7奈米、5奈米甚至3奈米，晶片裏頭的裸晶，幾乎是接近螞蟻眼睛大小，一般人眼無法辨識。因此，希望藉由一般的晶片去層來完整提取裸晶裏頭每一層的電路，難度非常高，硬是進行一般層次去除技術的後果，不只是良率偏低，更可能發生連裸晶都去除到不見遺失的窘境。
不過，為了做專利迴避、或是需完整呈現該層電路圖找Defect時，還有什麼方式可以完整提出電路圖呢？
以往一般的取裸晶後去層的技術，會因為樣品過小等因素，導致裸晶不見或破裂而無法進行製程分析；當無法去層到金屬層(Metal)M1時，記憶體(Memory Block)僅能以推測得知，電路模組分析圖亦無法完整繪製。
驗證分析實驗室宜特的去層技術，利用三步驟(圖1)，可將樣品如魔術般放大，直接在晶片封裝(Package)還存在的情況下進行去層工程，不僅可以提升工程上的良率，完整提出電路圖，還可衍生應用在合金銲墊(Pad)、精密晶片及其他無法取裸晶卻需要去層的晶片樣品上。
圖1 三步驟晶片去層技術，完整提出電路圖
三步驟完整提出電路圖
步驟一樣品製備物理方式去膠體
首先，在晶片封裝還存在的情況下，以物理方式去除晶片裸晶正面多餘的膠體。相較以往須先去除封裝僅在裸晶上去層，此法可在較大的面積/體積上施作，可大幅減少後續去層時裸晶遺失的機率，並保持裸晶面的平整度(圖2)。
圖2 第一步驟先透過物理方式去膠，提出最上層電路圖
步驟二機台去層
再來，藉由離子蝕刻機，將IC護層(Passivation)與隔絕層(Oxide)，用適當參數以離子蝕刻方式，將不需要的部份移除，藉由宜特的控制參數方式，使得下層金屬層不受傷(圖3)。
圖3 第二步驟，透過電漿離子方式，進行去護層
步驟三藥液去層
IC護層(Passivation)被去除後，再以藥水蝕刻，蝕刻該層需去除的金屬層，即可完整提出電路圖。
圖4 去完護層後，透過化學藥液浸泡，再次去除金屬層，提出底層電路圖
BGA封裝體/PCB等級 逆向分析技術
如欲了解BGA封裝體各層結構，在這種情況下，是無法使用破壞性酸蝕手法進行封裝體去除，一旦去除，BGA封裝體就會遭受破壞。那該怎麼辦呢？此時，可以透過超高解析度3D X-Ray顯微鏡，此為非破壞性的X射線透視技術，搭配光學物鏡提高放大倍率進行分析，分析手法為將待測樣品固定後進行360°旋轉，在這過程中收集各個不同角度的2D穿透影像，之後利用電腦運算重構出待測樣品之實體影像。
特別是，可以針對待測樣品進行各層分析，讓內部結構逐一顯現，如圖5所示，針對BGA待測樣品，從封裝體至晶片內各層走線都能逐一提出；透過影像呈現，還可以測量局部線寬/線距，導通孔(Via)尺寸與各層結構的厚度。
圖5 使用高階3D X-ray掃描BGA基板各層之影像
對於SiP、小型BGA等封裝體，只要待測樣品尺寸在5×5mm以下且觀測層在三層以內，可以選擇不破壞樣品方式以3D X-ray進行逆向分析；但若待測樣品是大型BGA複雜封裝體，尺寸超過5×5mm以上，就建議必須進行晶背研磨(Grinding)去層動作，接著透過數位光學顯微鏡(OM)進行拍照，藉此更清楚呈現走線樣貌(圖6)。
圖6 透過一般研磨(Grinding)與OM拍照之BGA載板各層影像
若希望能夠逆向分析BGA中基板層走線，也期待可以得知封裝內晶粒金屬層的布局分析，甚至能夠將基板與金屬布局分析圖進行疊圖透視，那是否可以先用3D X-ray拍Substrate Layer 1~3層，再研磨將Substrate去層，透過OM拍攝金屬層，得到兩種影像後，進行Substrate Layer 1~3層+Metal層上下疊圖透視？
答案是不行的。因3D X-ray和OM屬於兩種不同的影像呈現，絕對無法疊圖透視，且從錫球面進行研磨，而非從晶背面或IC正面端拍照，拍照與疊圖順序會是鏡向狀態，較不好判讀，如(圖7)左。
圖7 (左)從錫球面進行研磨，而非從IC正面端拍照，拍照與疊圖順序會是鏡向狀態，較不好判讀；圖7(右)透過宜特提供的看圖軟體，能夠將各層照片大翻轉，並且從上至下疊圖
有廠商如宜特故障分析實驗室，開發特殊逆向分析手法，可快速協助獲得Substrate Layer 1~3層及金屬層堆疊透視影像圖，並透過宜特提供的看圖軟體，能夠將各層照片大翻轉，並且從上至下疊圖(圖7)右，方便使用者追線，得知各層連接關係(圖8)。
圖8 看圖軟體方便使用者追線，得知各層連接關係
(本文作者皆任職宜特科技，張舒雯、彭文賢、蘇振忠為技術副理、盧芮茵為課長)