デザインルールチェック

デザインルールチェック（DRC）は、半導体プロセスにおけるマスクパターンやプリント基板の設計データが、定められた設計規則（デザインルール）に違反していないかを検証するためのCADツール、またはその検証工程を指します。半導体製造やプリント基板の加工精度には限界があり、これらがデザインルールを規定する主な要因となります。

DRCの役割

DRCが登場する以前は、マスクデータのチェックは人間の目視によって行われていました。しかし、チェック項目が数百にも及ぶようになると、目視によるチェックは非現実的となり、機械的なチェック方法が開発されました。DRCは、図形同士の論理演算機能や、エラー箇所を特定するための関数を備えており、どのCADメーカーのDRCでもほぼ同様の機能を有しています。

DRCの動作

DRCの基本は、ルールファイルに記述されたプログラムに従って、図形データの重なりや距離を判別することです。例えば、ある層（レイヤー）と別の層が重なってはならないというルールの場合、それぞれの層に含まれる図形データの論理積（AND）を計算し、その結果に図形が存在すればエラーと判定します。半導体設計では、マスクデータは複数の層から構成されており、各層は半導体プロセスの各工程に対応しています。また、DRCやLVSなどのプロセスで素子を判別するために使用するダミーレイヤーも存在します。

プリント基板においても、DRCの基本的な動作は半導体の場合とほぼ同様です。層間の重なりや配線間の距離をチェックし、設計規則からの逸脱がないかを検証します。

ルールの決定

ルールファイルは、通常、プロセス工程やプリント基板の加工を管理する部門や会社から提供されます。ルールは、プロセスの制限によって決定されることがほとんどです。例えば、半導体プロセスでは、金属配線の幅や間隔は、リソグラフィや金属蒸着の精度によって最小値が制限されます。一方、最大値は、配線金属と層間絶縁膜の応力、化学機械研磨の加工時の制限などによって制約を受けます。また、配線の帯電による微細なFETゲートの破壊を防ぐために、配線の長さに関する規定も存在します。プリント基板の場合、ドリルの寸法や配線エッチングの精度によって最小値が決定されます。

これらのルールは、通常、紙やPDFファイルとして提供され、それをDRCのルールファイルに変換する必要があります。そのため、変換時にバグが発生する可能性があり、ルールのバージョンアップが頻繁に行われます。また、ルール上明記されていても、プログラムによる判定が困難な項目は、チェック対象から外れることもあります。そのような項目については、別途人間が目視で確認を行う必要があります。

主なDRCツール

現在、多くの企業がDRCツールを開発・提供しており、以下はその一部です。

Calibre (Mentor Graphics社)
Hercules (Synopsys社)
Diva, Dracula, Assura (Cadence Design Systems社)
Quartz (Magma Design Automation社)
Guardian (Silvaco社)
L-Edit (Tanner EDA社)

これらのツールは、それぞれ独自のアルゴリズムやインターフェースを持ちながらも、基本的なDRCの機能を提供しています。

関連技術

DRCは、LVS (Layout Versus Schematic: レイアウト対回路図検証)や、EDA (Electronic Design Automation) 、CAD (Computer-Aided Design)などの技術と密接に関連しています。これらの技術と連携することで、より効率的な設計検証を行うことができます。

DRCは、半導体やプリント基板の設計において、製造プロセスにおける制約を遵守し、設計の信頼性を確保するための不可欠なプロセスです。正確なDRCによって、製造段階での問題を事前に回避し、製品の品質向上に貢献します。

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