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2019-10-09
现在扫描芯片内部的硬件构造可以像给人体做CT扫描一样了。日前，来自瑞士Paul Scherrer研究所、美国南加州大学的科学家们发明了一种新的X射线显微镜，在不破坏芯片的情况下，就能知道其内部的构造，发现芯片中可能存在的硬件后门。研究人员把这项技术叫做叠层X射线断层照相术（ptychographic X-ray laminography），该成果已经发表在Nature子刊Electronics上。
该技术精度很高，目前已经在16nm FinFET芯片上实验成功，并且能够轻松扩展到现在主流的7nm工艺芯片。此外，该技术不仅能够破解芯片的内部构造，还能确定芯片的代工厂、设计公司，就像识别指纹一样。
不过研究人员表示，这项技术的主要用途之一还是是寻找芯片制造与设计之间的偏差，这些偏差可能表示导致芯片产生错误或更坏的情况。因为寻找偏离设计的问题比对整个设计进行反向工程更容易。
范围大、精度高、速度快
通常情况下，对芯片进行逆向工程是个非常耗时的过程。其中涉及到费力地去除芯片中纳米级的连接层，并使用不同层次的成像技术对它们进行映射。
因为一般来说，显微镜的分辨率越高，其扫描的范围就越小，这就需要用于较大尺度特征的光学显微镜到用于最小尺度特征的电子显微镜一系列设备。
而来自Paul Scherrer研究所制造的这台显微镜，可以只使用一台设备扫描完整个芯片，扫描范围达到了12×12mm，轻松容纳下iPhone的A12芯片。
研究人员16nm工艺技术制造的芯片上测试了该技术，用30小时就扫描了300x300微米的区域，然后放大了直径40微米的区域，生成了分辨率为18.9纳米的3D图像。如上图所示。
用高能X射线扫描
这项新技术是该团队于2017年推出技术的改进，这项技术得以快速发展的主要原因是照射光源的进步。
他们使用了第三代同步辐射装置的相干X射线束来照射芯片，从芯片散射和衍射的数据还原出其内部结构。
在这项新技术中，研究人员将裸芯片抛光至20微米的厚度，然后以61度倾斜的角度放置在扫描平台上。然后，当X射线束聚焦到芯片上时旋转芯片，由光子计数相机来接收不同角度的衍射图样。
随着更高强度X射线光源的出现，获取衍射图样的时间也会大大缩短，从而实现更高的分辨率和更快的处理速度。
研究人员说，未来的薄层扫描技术可能会达到2nm的分辨率，或者将对300x300微米的低分辨率检查时间缩短到不超过一个小时。
参考链接：https://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/design/xray-tech-lays-chip-secrets-bare
论文地址：http://dx.doi.org/10.1038/s41928-019-0309-z
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