RU2661165C1

RU2661165C1 - Method and device for forming microchannels on substrates from optical glass, optical crystals and semiconductor materials by femtosecond impulses of laser radiation

Info

Publication number: RU2661165C1
Application number: RU2017137458A
Authority: RU
Inventors: Николай Юрьевич Никаноров; Василий Андреевич Рассохин; Виктор Павлович Бессмельцев; Сергей Геннадьевич Баев; Николай Владимирович Голошевский
Original assignee: Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод"
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2018-07-12

Abstract

FIELD: instrument engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of optical instrument making, namely laser microprocessing and can be used to form microchannels on the surface of substrates made of glass, crystals and semiconductor materials in the manufacture of optical scales, grids, gratings and other devices. Method for forming the microchannels includes irradiating the surface of the substrate with laser radiation with a femtosecond pulse duration and an ultraviolet wavelength, visible or near infrared range. Laser beam is scanned in a linear raster method along the rows for the length of the microprocessing section with idle zones, one or more microprocessing raster areas that fit the width of the microchannel. In each line, the first pulse is radiated on one boundary of the microprocessing section, and the last – on its other border, the duration of the burst is less than the maximum length of the microprocessing section, at which defects do not appear in the substrate. Distance between lines is not exceeding their width. Length of each idling zone is 5–25 % of the length of the microprocessing section. Raster angle relative to the forming at each point of one of the contours of the raster microprocessing zone is from 35° up to 90°. Laser, systems of formation, two-coordinate scanning and focusing of the beam and the system of positioning and fixing the substrate are connected with the control computer.

EFFECT: technical result is to improve quality of microchannels and the formation of various profiles of microchannels.

10 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно, к лазерной микрообработке и может быть использовано для формирования микроканалов на поверхности подложек из оптического стекла, оптических кристаллов и полупроводниковых материалов при изготовлении оптических шкал, сеток, решеток и других устройств.The invention relates to the field of optical instrumentation, namely, laser microprocessing and can be used to form microchannels on the surface of substrates of optical glass, optical crystals and semiconductor materials in the manufacture of optical scales, grids, gratings and other devices.

При выполнении микроканалов серьезной проблемой является обеспечение качества их формы, заданной величины шероховатостей, без микродефектов в виде микросколов и микротрещин на поверхности подложек и микроканалов, а также внутри подложек.When performing microchannels, a serious problem is ensuring the quality of their shape, a given value of roughness, without microdefects in the form of microchips and microcracks on the surface of substrates and microchannels, as well as inside substrates.

Известно, что лазерная микрообработка фемтосекундными и пикосекундными импульсами излучения обладает значительными преимуществами, однако, такая микрообработка также связана с образованием шероховатых поверхностей и микродефектов, что особенно проблематично для хрупких материалов, таких как оптические стекла и оптические кристаллы.Laser microprocessing by femtosecond and picosecond radiation pulses is known to have significant advantages, however, such microprocessing is also associated with the formation of rough surfaces and microdefects, which is especially problematic for brittle materials such as optical glasses and optical crystals.

Известны способ и устройство лазерной микрообработки материала импульсами фемтосекундного лазера по патентному документу US 20060207976 А1, дата публикации 21.09.2006 г., В23К 26/38, В23К 26/06, которые могут применяться для выполнения отверстий и микроканалов на различных материалах, в том числе на подложках из стекла, кристаллов, полупроводников.A known method and device for laser microprocessing of material by pulses of a femtosecond laser according to patent document US 20060207976 A1, publication date 09/21/2006, V23K 26/38, V23K 26/06, which can be used to make holes and microchannels on various materials, including on substrates of glass, crystals, semiconductors.

Задача повышения качества формирования микроканалов в указанных способе и устройстве решается путем подбора параметров лазерного излучения: длины волны излучения, длительности импульсов, частоты следования импульсов и мощности излучения. Показаны преимущества использования ультракоротких импульсов в зеленой области спектра по сравнению с ближней инфракрасной областью спектра.The task of improving the quality of the formation of microchannels in the indicated method and device is solved by selecting parameters of laser radiation: radiation wavelength, pulse duration, pulse repetition rate and radiation power. The advantages of using ultrashort pulses in the green region of the spectrum compared with the near infrared region of the spectrum are shown.

В данном способе пачку лазерных импульсов направляют на материал в область микрообработки и перемещают луч по зоне выполняемого микроканала или перемещают подложку относительно луча. Лазерные импульсы удаляют материал в зоне микрообработки, формируя различные структуры, в том числе микроканалы.In this method, a packet of laser pulses is directed to the material in the microprocessing area and the beam is moved along the area of the performed microchannel or the substrate is moved relative to the beam. Laser pulses remove material in the microprocessing zone, forming various structures, including microchannels.

Устройство в различных вариантах исполнения содержит лазер с длиной волны излучения ближней инфракрасной области спектра (1,045 мкм.) с удвоителем частоты, уменьшающим длину волны излучения в два раза: из инфракрасной области спектра в видимую (зеленую) область спектра. Лазер имеет ультракороткие импульсы длительностью от 100 фс (фемтосекундные импульсы) до 20 пс (пикосекундные импульсы).The device in various embodiments contains a laser with a radiation wavelength of the near infrared region of the spectrum (1.045 μm.) With a frequency doubler that reduces the radiation wavelength by half: from the infrared region of the spectrum to the visible (green) region of the spectrum. The laser has ultrashort pulses with a duration of 100 fs (femtosecond pulses) to 20 ps (picosecond pulses).

Устройство включает в себя также поворотное и сканирующее зеркала, узел регулировки мощности, выполненный с возможностью ослабления средней мощности и энергии импульса в луче, систему обратной связи с контроллером для контроля и управления мощностью или энергией импульса в луче, оптическую систему, включающую микрообъектив, который фокусирует луч в плоскость микрообработки.The device also includes rotary and scanning mirrors, a power adjustment unit configured to attenuate the average power and energy of the pulse in the beam, a feedback system with a controller for monitoring and controlling the power or energy of the pulse in the beam, an optical system including a micro lens that focuses beam to the microprocessing plane.

Предложенное использование ультракоротких лазерных импульсов позволяет удалить материал без нежелательного нагрева оставшегося материала. При достаточно высокой плотности мощности импульсов облученный материал удаляется до того, как вокруг формируемого микроканала может произойти значительное нагревание, что уменьшает образование микродефектов на поверхности подложки.The proposed use of ultrashort laser pulses allows the material to be removed without undesired heating of the remaining material. At a sufficiently high pulse power density, the irradiated material is removed before significant heating can occur around the formed microchannel, which reduces the formation of microdefects on the surface of the substrate.

Данные способ и устройство обеспечивают недостаточно высокое качество микроканала, т.к. обеспечивают большую шероховатось и отсутствие микродефектов вокруг микроканалов только на поверхности подложек. Однако качество микрообработки определяется также наличием скрытых микродефектов внутри подложки в зоне микрообработки, которые не выходят на поверхность подложки и микроканала. В аналоге микродефекты внутри подложки в зоне микрообработки не исследованы, сведения о них отсутствуют.These method and device provide insufficiently high quality microchannel, because provide greater roughness and the absence of microdefects around microchannels only on the surface of the substrates. However, the quality of microprocessing is also determined by the presence of latent microdefects inside the substrate in the microprocessing zone, which do not extend onto the surface of the substrate and microchannel. In the analog, microdefects inside the substrate in the microprocessing zone have not been studied, information about them is not available.

Наиболее близким к заявляемым способу и устройству - прототипом - является система лазерной микрообработки стекла, приведенная в статье «Ultrafast laser ablation of soda-lime glass for fabricating microfluidic pillar array channels'', опубликованной в журнале «Microelectronic Engineering», март 2016 г. Система предназначена для формирования на стеклянных подложках различных структур: микроканалов, микростолбов.The closest to the claimed method and device - the prototype - is a system of laser micro-processing of glass, given in the article "Ultrafast laser ablation of soda-lime glass for fabricating microfluidic pillar array channels '', published in the journal" Microelectronic Engineering ", March 2016 System It is intended for the formation of various structures on glass substrates: microchannels, micro columns.

В данном способе микроканал формируют путем облучения поверхности подложки пачкой лазерных импульсов при перемещении лазерного луча по топографической зоне выполняемого микроканала на длину вектора микрообработки.In this method, the microchannel is formed by irradiating the surface of the substrate with a packet of laser pulses while moving the laser beam along the topographic zone of the performed microchannel to the length of the microprocessing vector.

В способе используют векторное перемещение лазерного луча. т.е. перемещение луча вдоль длинной стороны микроканала. Лазерный луч перемещают в плоскости по двум координатам, а для получения требуемой глубины микроканала - по третьей координате, при этом увеличивают среднюю мощность излучения и многократно повторяют процесс.The method uses vector displacement of the laser beam. those. beam movement along the long side of the microchannel. The laser beam is moved in the plane in two coordinates, and in order to obtain the required microchannel depth, in the third coordinate, the average radiation power is increased and the process is repeated many times.

Устройство содержит лазер с ультракороткой длительностью импульсов. Частота следования импульсов более 50 кГц, а именно 200 кГц. Лазер имеет пикосекундную длительность импульсов (15 пс), длину волны ультрафиолетового диапазона 355 нм.The device contains a laser with an ultrashort pulse duration. The pulse repetition rate of more than 50 kHz, namely 200 kHz. The laser has a picosecond pulse duration (15 ps), a wavelength of the ultraviolet range of 355 nm.

Устройство содержит также систему формирования лазерного луча, систему двухкоординатного сканирования луча, систему фокусирования луча в плоскость микрообработки в виде телецентрической линзы, двухкоординатную систему позиционирования и фиксации подложки в зоне микрообработки, контроллер, связывающий лазер и упомянутые системы с управляющей ЭВМ.The device also contains a laser beam forming system, a two-coordinate beam scanning system, a beam focusing system in the microprocessing plane in the form of a telecentric lens, a two-coordinate system for positioning and fixing the substrate in the microprocessing zone, a controller that connects the laser and these systems with a control computer.

Система фокусирования луча в плоскость микрообработки обеспечивает плотность мощности излучения лазера выше порогового значения, достаточного для удаления материала подложки, на которой выполняют микроканал. Система двухкоординатного сканирования лазерного луча выполнена с возможностью управляемого контроллером перемещения луча на длину вектора микрообработки вдоль контура микроканала по одной или более векторным дорожкам.The system of focusing the beam into the microprocessing plane provides a laser radiation power density above a threshold value sufficient to remove the substrate material on which the microchannel is made. The system of two-coordinate scanning of the laser beam is made with the possibility of the controller moving the beam by the length of the microprocessing vector along the contour of the microchannel along one or more vector tracks.

Указанные способ и устройство имеют следующие недостатки.The specified method and device have the following disadvantages.

1. Низкое качество микрообработки: наличие шероховатости поверхности формируемых микроканалов и микродефектов в виде микросколов и микротрещин в зоне микрообработки на поверхности и внутри подложки.1. Low quality microprocessing: the presence of surface roughness of the formed microchannels and microdefects in the form of micro chips and microcracks in the microprocessing zone on the surface and inside the substrate.

Шероховатость поверхности микроканалов составляет от единиц до десятков микрон, т.к. диаметр сфокусированного луча составляет 10 мкм. (экспериментальные результаты микрообработки, приведенные в указанной статье на фиг. 5 и 6). Указанная шероховатость неприемлема для формирования, например, прицельных сеток и микроканалов для биочипов, т.к. соизмерима с размерами микроканала. При ширине микроканала 3-20 мкм и его глубине 2-10 мкм требующаяся шероховатость составляет доли микрон. Многократное сканирование по одной линии для увеличения глубины не уменьшает шероховатость, а в некоторых случаях может увеличить ее.The surface roughness of the microchannels is from units to tens of microns, because the diameter of the focused beam is 10 μm. (experimental results of microprocessing given in the indicated article in Figs. 5 and 6). The indicated roughness is unacceptable for the formation, for example, sighting nets and microchannels for biochips, because commensurate with the size of the microchannel. With a microchannel width of 3-20 μm and a depth of 2-10 μm, the required roughness is a fraction of microns. Multiple scanning along the same line to increase depth does not reduce roughness, and in some cases can increase it.

Кроме того, исследования проведенные с участием авторов (Bulushev Е.D., Bessmeltsev V.P., Dostovalov А.V., Goloshevsky N.V, and. Wolf А.А, 'High-speed and crack-free direct-writing of microchannel on glass by an IR femtosecond laser' // Opt. Lasers Eng., vol. 79, pp. 39-47, 2016), показали, что при создании микроканалов на поверхности стеклянных подложек важным фактором бездефектной микрообработки является соотношение между длиной вектора перемещения луча, средней мощностью излучения и скоростью перемещения лазерного луча.In addition, studies conducted with the participation of the authors (Bulushev E.D., Bessmeltsev VP, Dostovalov A.V., Goloshevsky NV, and. Wolf A.A., 'High-speed and crack-free direct-writing of microchannel on glass by an IR femtosecond laser '// Opt. Lasers Eng., vol. 79, pp. 39-47, 2016), showed that when creating microchannels on the surface of glass substrates, an important factor in defect-free microprocessing is the ratio between the length of the beam displacement vector and average power radiation and the speed of the laser beam.

Для хрупких материалов длина вектора перемещения луча, при которой не образуются микродефекты в виде микросколов и микротрещин, значительно ограничена и зависит от плотности мощности излучения. Векторное движение лазерного луча при длине микроканала более 100 мкм даже при минимальной плотности мощности лазерного излучения, достаточной для удаления материала, приводит к образованию микродефектов в виде микросколов и микротрещин на поверхности и внутри подложки.For brittle materials, the length of the beam displacement vector, at which microdefects in the form of micro-chips and microcracks do not form, is significantly limited and depends on the radiation power density. The vector motion of the laser beam with a microchannel length of more than 100 μm, even with a minimum laser power density sufficient to remove the material, leads to the formation of microdefects in the form of micro chips and microcracks on the surface and inside the substrate.

Как следует из фиг. 6 и 7 прототипа, в прототипе длина вектора перемещения луча составляет более 100 мкм, что при мощности, превышающей минимальную, достаточную для удаления материала, может вызвать образование микросколов и микротрещин на поверхности и внутри подложки. Повышение средней мощности при такой обработке увеличивает глубину микроканалов и увеличивает производительность процесса, но неизбежно приведет к ухудшению качества микрообработки, т.е. к увеличению количества и величины микродефектов и шероховатости.As follows from FIG. 6 and 7 of the prototype, in the prototype the length of the beam displacement vector is more than 100 μm, which, with a power exceeding the minimum sufficient to remove the material, can cause the formation of micro chips and microcracks on the surface and inside the substrate. An increase in average power during such processing increases the depth of microchannels and increases the productivity of the process, but inevitably leads to a deterioration in the quality of microprocessing, i.e. to increase the number and size of microdefects and roughness.

2. Невозможность получения профиля микроканала, кроме трапециевидного, например, прямоугольного или близкого к прямоугольному, или иному профилю, из-за векторного перемещения лазерного луча, т.е. перемещения вдоль контуров микроканала. В прототипе профиль границ микроканала имеет скошенный трапециевидный профиль, повторяющий контур распределения энергии в зоне фокусировки луча.2. The inability to obtain a microchannel profile other than a trapezoidal one, for example, rectangular or close to rectangular, or another profile, due to the vector movement of the laser beam, ie movement along the contours of the microchannel. In the prototype, the microchannel boundary profile has a beveled trapezoidal profile repeating the energy distribution contour in the beam focusing zone.

Техническая проблема заключается в создании способа и устройства формирования микроканалов на подложках из оптического стекла, оптических кристаллов и полупроводниковых материалов с получением следующего технического результата: повышение качества микрообработки подложек, т.е. уменьшение шероховатости поверхности формируемых микроканалов и микродефектов в виде микросколов и микротрещин в зоне микрообработки на поверхности и внутри подложки, и формирование различных профилей микроканала, в том числе прямоугольного профиля.The technical problem is to create a method and device for forming microchannels on substrates of optical glass, optical crystals and semiconductor materials to obtain the following technical result: improving the quality of microprocessing of substrates, i.e. reducing the surface roughness of the formed microchannels and microdefects in the form of micro chips and microcracks in the microprocessing zone on the surface and inside the substrate, and the formation of various microchannel profiles, including a rectangular profile.

Поставленная задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.

Способ формирования микроканалов на подложках из оптического стекла, оптических кристаллов и полупроводниковых материалов фемтосекундными импульсами лазерного излучения, как и прототип, осуществляется путем облучения поверхности подложки пачкой лазерных импульсов с плотностью мощности излучения выше порогового значения для удаления материала подложки при перемещении лазерного луча по топографической зоне выполняемого микроканала с частичным перекрытием пятен от лазерных импульсов, с использованием лазера с ультракороткой длительностью импульсов и частотой следования импульсов более 50 КГц.The method of forming microchannels on substrates of optical glass, optical crystals and semiconductor materials by femtosecond laser pulses, as well as the prototype, is carried out by irradiating the surface of the substrate with a packet of laser pulses with a radiation power density above a threshold value to remove the substrate material when moving the laser beam along the topographic area of the performed microchannel with partial overlapping of spots from laser pulses using an ultrashort laser pulse width and pulse repetition rate of more than 50 kHz.

В отличие от прототипа в предлагаемом способе используют лазер с фемтосекундной длительностью импульсов и длиной волны ультрафиолетового, видимого или ближнего ИК-диапазона, лазерный луч сканируют построчно линейным растровым способом путем перемещения луча в каждой строке на длину участка микрообработки с включением и выключением лачки лазерных импульсов в каждой строке так, чтобы первый импульс пачки был излучен на одной границе участка микрообработки, а последний - на другой его границе, причем сканирование осуществляют по одной или более растровым зонам микрообработки, укладывающимся в ширину микроканала, при этом участок микрообработки в каждой строке обрамлен зонами холостого хода, длина каждой из которых составляет 5-25% от длины участка микрообработки, расстояние между строками не более их ширины, угол растра относительно образующей в каждой точке одного из контуров растровых зон микрообработки составляет от 35° до 90°, а длительность пачки импульсов устанавливают меньше предельной длины участка микрообработки, при которой в подложке не возникают дефекты.In contrast to the prototype, the proposed method uses a laser with a femtosecond pulse duration and a wavelength of ultraviolet, visible or near infrared, the laser beam is scanned line by line by a raster method by moving the beam in each line by the length of the microprocessing section with turning on and off the laser pulses in each line so that the first pulse of the packet was emitted at one boundary of the microprocessing section, and the last at its other boundary, and the scanning is carried out one by one and and more raster microprocessing zones that fit into the width of the microchannel, while the microprocessing section in each row is framed by idle zones, each of which is 5-25% of the length of the microprocessing section, the distance between the lines is not more than their width, the raster angle relative to the generatrix in each point of one of the contours of the raster zones of microprocessing is from 35 ° to 90 °, and the duration of the pulse train is set less than the limit length of the microprocessing section, at which defects do not occur in the substrate.

Устройство формирования микроканалов на подложках из оптического стекла, оптических кристаллов и полупроводниковых материалов фемтосекундными импульсами лазерного излучения, как и прототип, содержит лазер с ультракороткой длительностью импульсов и частотой следования импульсов более 50 КГц, систему формирования лазерного луча, систему двухкоординатного сканирования луча, систему фокусирования луча в плоскость микрообработки с обеспечением плотности мощности излучения выше порогового значения для удаления материала подложки, двухкоординатную систему позиционирования и фиксации подложки и контроллер, связывающий лазер и упомянутые системы с управляющей ЭВМ.The microchannel forming device on substrates of optical glass, optical crystals and semiconductor materials by femtosecond pulses of laser radiation, as well as the prototype, contains a laser with ultrashort pulse duration and pulse repetition rate of more than 50 KHz, a laser beam forming system, a two-coordinate beam scanning system, a beam focusing system into the microprocessing plane, ensuring the radiation power density is higher than the threshold value for removing the substrate material, two a coordinate system for positioning and fixing the substrate and a controller connecting the laser and the aforementioned systems to the host computer.

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве использован лазер с фемтосекундной длительностью импульсов с длиной волны ультрафиолетового, видимого или ближнего ИК-диапазона, система двухкоординатного сканирования лазерного луча выполнена с возможностью управляемого контроллером однократного или многократного сканирования линейным растровым способом по строкам с перемещением луча в каждой строке на длину участка микрообработки с зонами холостого хода, по одной или более растровым зонам микрообработки, укладывающиеся в ширину микроканала, причем длина каждой из зон холостого хода составляет 5-25% от длины участка микрообработки, расстояние между строками не более их ширины, а угол растра относительно образующей в каждой точке одного из контуров растровых зон микрообработки составляет от 35° до 90°, при этом лазер оснащен затвором для включения и выключения лачки лазерных импульсов в каждой строке так, чтобы первый импульс пачки был излучен на одной границе участка микрообработки, а последний - на другой его границе, причем длительность пачки импульсов меньше предельной длины участка микрообработки, при которой в подложке не возникают дефекты.Unlike the prototype, the proposed device used a laser with a femtosecond pulse duration with a wavelength of ultraviolet, visible or near infrared, the system of two-coordinate scanning of the laser beam is made with the ability of the controller to control a single or multiple scanning in a linear raster way along the lines with the beam moving in each line the length of the microprocessing section with idle zones, along one or more raster microprocessing zones, stacking in width microchannel, and the length of each of the idle zones is 5-25% of the length of the microprocessing section, the distance between the lines is not more than their width, and the angle of the raster relative to the generatrix at each point of one of the contours of the microprocessing raster zones is from 35 ° to 90 °, at the laser is equipped with a shutter for turning on and off the laser pulse train in each line so that the first pulse of the packet is emitted at one boundary of the microprocessing section, and the last is at its other boundary, and the duration of the pulse packet is less than noy length micromachining portion at which no defects occur in the substrate.

Реализация входящих в устройство систем известна и может быть различной. Например, двухкоординатное сканирование лазерного луча может быть осуществлено вращающимися призмами, или электромеханически управляемыми зеркалами, или иными устройствами.The implementation of the systems included in the device is known and may be different. For example, two-coordinate scanning of a laser beam can be carried out by rotating prisms, or electromechanically controlled mirrors, or other devices.

В частных случаях реализации для получения требуемой глубины микроканала систему фокусирования луча в плоскость микрообработки выполняют с возможностью управляемой контроллером перефокусировки лазерного луча по третьей координате и сканируют лазерный луч по каждой строке неоднократно.In particular cases of implementation, in order to obtain the required depth of the microchannel, the system for focusing the beam into the microprocessing plane is executed with the possibility of refocusing the laser beam controlled by the controller in the third coordinate and scanning the laser beam on each line repeatedly.

Лазерный луч может быть неоднократно сканирован по каждой строке с изменением случайным образом угла растра относительно образующей в каждой точке одного из контуров растровых зон микрообработки при втором и последующих сканированиях, в том числе и при перефокусировке лазерного луча в плоскость микрообработки. Систему двухкоординатного сканирования лазерного луча выполняют с возможностью управляемого контроллером изменения случайным образом угла растра относительно образующей в каждой точке одного из контуров растровых зон микрообработки.The laser beam can be repeatedly scanned on each line with randomly changing the angle of the raster relative to the generatrix at each point of one of the contours of the raster zones of microprocessing during the second and subsequent scans, including when the laser beam is refocused into the microprocessing plane. The system of two-coordinate scanning of the laser beam is performed with the possibility of a randomly controlled change of the angle of the raster relative to the generatrix at each point of one of the contours of the raster zones of microprocessing.

При сканировании по строкам с постоянным углом растра в пределах от 35° до 90° на поверхности микроканала образуются периодические структуры. Изменение угла растра случайным образом в указанных пределах при повторном сканировании по строкам позволяет сгладить образованные при первом сканировании периодические структуры и таким образом уменьшить шероховатость поверхности микроканала, в том числе при послойном формировании микроканала требуемой глубины с перефокусировкой лазерного луча в плоскость микрообработки.When scanning in rows with a constant raster angle in the range from 35 ° to 90 °, periodic structures are formed on the surface of the microchannel. Changing the raster angle randomly within the specified limits during repeated scanning in rows allows smoothing the periodic structures formed during the first scan and thus reducing the surface roughness of the microchannel, including the layer-by-layer formation of the microchannel of the required depth with the laser beam refocusing into the microprocessing plane.

Для дополнительного повышения качества микрообработки и улучшения прямоугольности профиля микроканала при любой из реализаций предлагаемых способа и устройства лазер выполняют с возможностью изменения пиковой мощности первого и/или последнего импульсов в пачке, или нескольких первых и/или последних импульсов в пачке и при формировании микроканала обеспечивают пиковую мощность этих импульсов отличную от других импульсов в пачке.To further improve the quality of microprocessing and improve the rectangularity of the microchannel profile in any of the implementations of the proposed method and device, the laser is configured to change the peak power of the first and / or last pulses in the packet, or several first and / or last pulses in the packet and during the formation of the microchannel provide a peak the power of these pulses is different from the other pulses in the packet.

Например, при увеличенной пиковой мощности первого и последнего импульсов в пачке или нескольких первых и последних импульсов этими импульсами удаляется большее количество материала подложки и в результате обеспечивается более прямоугольный профиль микроканала.For example, with increased peak power of the first and last pulses in a packet or several first and last pulses, these pulses remove a larger amount of substrate material and, as a result, provide a more rectangular microchannel profile.

При формировании микроканала путем выполнения нескольких растровых зон микрообработки пиковую мощность первого и последнего импульсов или нескольких первых и последних импульсов в пачке снижают. Это исключает получение глубины микроканала большей заданной при наложении импульсов на линии совмещении границ растровых зон микрообработки. При разных граничных условиях микрообработки первые и последние импульсы в пачке по пиковой мощности могут отличаться друг от друга.When a microchannel is formed by performing several raster microprocessing zones, the peak power of the first and last pulses or several first and last pulses in a packet is reduced. This excludes obtaining a microchannel depth greater than that specified when applying pulses on the line combining the boundaries of the raster microprocessing zones. Under different boundary conditions of microprocessing, the first and last pulses in a packet in peak power may differ from each other.

Предлагаемые способ и устройство формирования микроканалов на подложках из оптического стекла, оптических кристаллов и полупроводниковых материалов фемтосекундными импульсами лазерного излучения демонстрируются примером конкретного выполнения, приведенным на чертежах.The proposed method and device for the formation of microchannels on substrates of optical glass, optical crystals and semiconductor materials by femtosecond pulses of laser radiation are demonstrated by the specific embodiment shown in the drawings.

На фиг. 1 представлено устройство формирования микроканалов на подложке.In FIG. 1 shows a device for forming microchannels on a substrate.

На фиг. 2 показан микроканал, сформированный двумя растровыми зонами микрообработки.In FIG. 2 shows a microchannel formed by two raster microprocessing zones.

На чертежах обозначено: 1 - лазер, 2 - система формирования лазерного луча, 3 - система двухкоординатного сканирования лазерного луча, 4 - система фокусирования лазерного луча, 5 - подложка, 6 - двухкоординатная система позиционирования и фиксации подложки, 7 - контроллер, 8 - управляющая ЭВМ, 9 - строки, 10 - участки микрообработки, 11 - зоны холостого хода, 12 - растровые зоны микрообработки, 13 - микроканал.The drawings indicate: 1 - laser, 2 - laser beam forming system, 3 - two-coordinate system for scanning a laser beam, 4 - laser beam focusing system, 5 - substrate, 6 - two-coordinate system for positioning and fixing the substrate, 7 - controller, 8 - control Computers, 9 - lines, 10 - microprocessing sections, 11 - idle zones, 12 - raster microprocessing zones, 13 - microchannel.

Устройство формирования микроканалов содержит твердотельный лазер 1 на кристалле Yt:KGW с фемтосекундной длительностью импульсов с длиной волны ближнего инфракрасного диапазона 1,04 мкм, систему 2 формирования лазерного луча, систему 3 двухкоординатного сканирования лазерного луча, систему 4 фокусирования лазерного луча, двухкоординатную систему 6 позиционирования и фиксации подложки, контроллер 7 и управляющую ЭВМ 8. Контроллер 7 связан с упомянутыми системами 2, 3, 4, 6 и с управляющей ЭВМ 8.The microchannel forming device comprises a solid-state laser 1 on a Yt: KGW crystal with a femtosecond pulse duration with a near infrared wavelength of 1.04 μm, a laser beam forming system 2, a two-coordinate laser beam scanning system 3, a laser beam focusing system 4, a two-coordinate positioning system 6 and fixing the substrate, the controller 7 and the control computer 8. The controller 7 is connected with the aforementioned systems 2, 3, 4, 6 and with the control computer 8.

Лазер 1 имеет частоту следования импульсов более 50 килогерц. Лазер 1 оснащен затвором для включения и выключения под управлением контроллера 7 лачки лазерных импульсов в каждой сканируемой строке 9 так, чтобы первый импульс пачки был излучен на одной границе участка микрообработки 10, а последний - на другой его границе. Длительность пачки импульсов меньше предельной длины участка микрообработки 10, при которой в подложке 5 не возникают дефекты микрообработки: микросколы и микротрещины.Laser 1 has a pulse repetition rate of more than 50 kilohertz. Laser 1 is equipped with a shutter for turning on and off under the control of controller 7 the laser pulse strips in each scanned line 9 so that the first pulse of the packet is emitted at one boundary of the microprocessing section 10, and the last at its other boundary. The duration of the pulse train is less than the limiting length of the microprocessing section 10, at which microprocessing defects do not occur in the substrate 5: micro chips and microcracks.

Система 2 формирования лазерного луча выполнена в виде оптической системы для формирования параллельного пучка лучей.The laser beam forming system 2 is designed as an optical system for forming a parallel beam of rays.

Система 3 двухкоординатного сканирования лазерного луча выполнена в виде пары электромеханически управляемых зеркал с возможностью управляемого контроллером 7 однократного или многократного сканирования луча растровым способом путем перемещения луча на длину участка микрообработки 10 в пределах сканируемой строки 9, которая обрамлена с двух концов зонами холостого хода 11, длина каждой из которых составляет 5-25% от длины участка микрообработки 10. Система 3 двухкоординатного сканирования лазерного луча осуществляет сканирование по одной или более растровым зонам микрообработки 12 под углом растра α относительно образующей в каждой точке одного из контуров растровой зоны микрообработки 12. При этом расстояние d между строками 9 не превышает их ширину. Угол растра α лежит в пределах от 35° до 90°.The two-coordinate laser beam scanning system 3 is made in the form of a pair of electromechanically controlled mirrors with the possibility of a single or multiple beam scanning controlled by the controller 7 by scanning the beam by moving the beam to the length of the microprocessing section 10 within the scanned line 9, which is framed at both ends by idle zones 11, length each of which is 5-25% of the length of the microprocessing section 10. The two-coordinate laser beam scanning system 3 scans one at a time or more micro raster areas 12 at an angle α relative to the raster generator at each one of the contours micro raster area 12. The distance d between lines 9 do not exceed their width. The angle of the raster α lies in the range from 35 ° to 90 °.

Частота следования импульсов лазера 1 и скорость поворота зеркал системы 3 двухкоординатного сканирования лазерного луча согласованы для обеспечения на подложке 5 частичного перекрытия пятен от лазерных импульсов.The pulse repetition rate of the laser pulses 1 and the speed of rotation of the mirrors of the two-coordinate scanning system of the laser beam 3 are matched to provide on the substrate 5 a partial overlap of the spots from the laser pulses.

Система 4 фокусирования луча выполнена в виде блока фокусирующих микрообъективов - планхроматов с автоматической системой поиска плоскости микрообработки, фокусирующих параллельный пучок лучей, сформированный системой 2 формирования лазерного луча, на подложку 5 с плотностью мощности излучения выше порогового значения, при котором происходит удаление материала подложки. В необходимых случаях система 4 фокусирования луча выполняет вертикальное позиционирование луча для формирования микроканала 13 требуемой глубины.The beam focusing system 4 is made in the form of a block of focusing micro-lenses - planchromats with an automatic microprocessing plane search system focusing a parallel beam of beams formed by the laser beam-forming system 2 onto a substrate 5 with a radiation power density above a threshold value at which the substrate material is removed. If necessary, the beam focusing system 4 performs vertical beam positioning to form a microchannel 13 of the required depth.

Формирование микроканалов на подложках осуществляют следующим образом.The formation of microchannels on substrates is as follows.

Обрабатываемую подложку 5 закрепляют на двухкоординатной системе 6 позиционирования и фиксации подложки. С помощью управляющей ЭВМ 7 с установленной в ней программой создается модель требуемого микроканала 13, рассчитываются параметры микроробработки (длительность пачки импульсов, длину участка микроробработки 10, длину строки 9, расстояние d между строками 9, угол растра α, количество растровых зон микрообработки 12, укладывающихся в ширину микроканала 13, длину зон холостого хода 11) и данные выдаются на контроллер 7.The processed substrate 5 is fixed on a two-coordinate system 6 for positioning and fixing the substrate. Using the control computer 7 with the program installed in it, a model of the required microchannel 13 is created, microprocessing parameters are calculated (duration of the pulse train, length of the microprocessing section 10, length of the line 9, distance d between lines 9, raster angle α, number of raster microprocessing zones 12, which fit the width of the microchannel 13, the length of the idle zones 11) and the data are issued to the controller 7.

Контроллер 7 преобразовывает рассчитанные параметры микрообработки в управляющие импульсы для управления лазером 1, системой 2 формирования лазерного луча, системой 3 двухкоординатного сканирования лазерного луча, системой 4 фокусирования луча и двухкоординатной системой 6 позиционирования и фиксации подложки.The controller 7 converts the calculated microprocessing parameters into control pulses for controlling the laser 1, the laser beam forming system 2, the two-coordinate laser beam scanning system 3, the beam focusing system 4 and the two-coordinate substrate positioning and fixing system 6.

Излученный лазером 1 пучок лучей формируется системой 2 формирования лазерного луча в параллельный пучок лучей, который затем системой 3 двухкоординатного сканирования лазерного луча в соответствии с рассчитанными параметрами сканируется по заданной топографической зоне и фокусируется системой 4 фокусирования лазерного луча, на подложку 5.The beam of rays emitted by the laser 1 is formed by the laser beam forming system 2 into a parallel beam, which then is scanned by the bi-coordinate scanning system 3 of the laser beam according to the calculated parameters and is focused by the laser beam focusing system 4 onto the substrate 5.

Сканирование осуществляется по одной, двум (фиг. 2) или нескольким растровым зонам микрообработки 12, повторяющим один из контуров микроканала 13, принятый за базовый, относительно которого отсчитывается угол растра α. Последующие растровые зоны микрообработки 12 идут параллельно контуру первой растровой зоны микрообработки 12, не граничащей с базовым контуром. При этом угол растра а отсчитывается относительно контура растровой зоны микрообработки 12, граничащего с предыдущей зоной микрообработки 12, и имеет то же абсолютное значение, но может иметь противоположный знак.Scanning is carried out on one, two (Fig. 2) or several raster microprocessing zones 12, repeating one of the contours of microchannel 13, taken as the base, relative to which the raster angle α is counted. Subsequent raster zones of microprocessing 12 are parallel to the contour of the first raster zone of microprocessing 12, not bordering the base contour. In this case, the angle of the raster a is measured relative to the contour of the raster zone of microprocessing 12, bordering the previous microprocessing zone 12, and has the same absolute value, but may have the opposite sign.

Система 3 двухкоординатного сканирования лазерного луча осуществляет сканирование по строкам 9 с расстоянием d между строками 9. При этом в каждой строке 9 формируется участок микрообработки 10, обрамленный зонами холостого хода 11, длина каждой из которых составляет 5-25% от длины участка микрообработки 10. Лазерный луч сканируется только в пределах участка микрообработки 10: первый импульс пачки излучается на одной границе участка микрообработки 10, а последний - на другой его границе. На подложке 5 лазерные пятна частично перекрываются.The two-coordinate laser beam scanning system 3 scans along lines 9 with a distance d between lines 9. Moreover, in each line 9 a microprocessing section 10 is formed, framed by idle zones 11, each of which is 5-25% of the length of the microprocessing section 10. The laser beam is scanned only within the microprocessing section 10: the first pulse of the packet is emitted at one boundary of the microprocessing section 10, and the last at its other boundary. On the substrate 5, the laser spots partially overlap.

Длительность пачки импульсов меньше предельной длины участка микрообработки 10, при которой в подложке возникают микродефекты. Длина участка микрообработки 10 в каждой строке 9 устанавливается меньше предельной длины, поэтому при сканировании микросколы и микротрещины на поверхности подложки 5 и внутри нее не возникают.The duration of the pulse train is less than the limit length of the microprocessing section 10, at which microdefects occur in the substrate. The length of the microprocessing section 10 in each row 9 is set less than the limiting length, therefore, when scanning micro-chips and microcracks on the surface of the substrate 5 and inside it do not arise.

Авторами установлено, что при минимально возможной мощности лазерного излучения (менее 0,5 Вт для размера сфокусированного лазерного пятна 5 мкм), при которой происходит удаление тонкого слоя (менее 1 мкм), предельная длина участка микрообработки составляет 83 мкм.The authors found that at the minimum possible laser radiation power (less than 0.5 W for a focused laser spot size of 5 μm), at which a thin layer is removed (less than 1 μm), the limiting length of the microprocessing section is 83 μm.

Система 3 двухкоординатного сканирования лазерного луча обладает инерционностью. В зонах холостого хода 11 строк 9 угловая скорость поворота зеркала а, значит, и луча в зоне обработки системы 3 непостоянна В этих зонах шаг лазерных пятен при постоянной частоте следования лазерных импульсов был бы неравномерным и наложение пятен неравномерное, что привело бы к образованию шероховатости или микротрещин на дне микроканала 13 и к изменению профиля микроканала 13, например, расширению его стенок, углублений на дне. Зоны холостого хода 11 служат для приведения системы 3 двухкоординатного сканирования лазерного луча в рабочее состояние с постоянной скоростью движения лазерного луча по участку микрообработки 10, в этих зонах осуществляется разгон и торможение зеркал системы 3, а лазерное излучение отсутствует.The two-coordinate scanning system of the laser beam 3 has an inertia. In the no-load zones of 11 lines 9, the angular velocity of rotation of the mirror a and, therefore, the beam in the processing zone of system 3 is unstable. In these zones, the step of the laser spots at a constant pulse repetition rate would be uneven and the application of spots uneven, which would lead to the formation of roughness or microcracks at the bottom of the microchannel 13 and to a change in the profile of the microchannel 13, for example, the expansion of its walls, recesses at the bottom. Idling zones 11 serve to bring the two-coordinate scanning system of the laser beam 3 into working condition with a constant speed of the laser beam along the microprocessing section 10, in these zones the mirrors of system 3 are accelerated and decelerated, and there is no laser radiation.

В пределах участка микрообработки 10 скорость поворота зеркала системы 3 постоянная, лазерные пятна на подложку 5 поступают равномерно, что исключает образование шероховатости или микротрещин на дне микроканала 13 и позволяет сформировать заданный профиль микроканала 13, в том числе с прямолинейными границами.Within the microprocessing section 10, the rotation speed of the mirror of the system 3 is constant, the laser spots on the substrate 5 arrive uniformly, which eliminates the formation of roughness or microcracks at the bottom of the microchannel 13 and allows you to create a given profile of the microchannel 13, including with straight edges.

Кроме того, во время сканирования в зонах холостого хода 11 тепло из зоны микрообработки 10 рассеивается в материал подложки 5, уменьшаются термические напряжения, что исключает появление термических микротрещин внутри подложки 5 под дном микроканала 13. Этому способствует также перемещение следующей строки 9 на расстояние d, что приводит к разрыву зоны перегрева, имеющей форму линии, параллельной участку микрообработки 10.In addition, during scanning in the idle zones 11, heat from the microprocessing zone 10 is dissipated into the material of the substrate 5, thermal stresses are reduced, which eliminates the appearance of thermal microcracks inside the substrate 5 under the bottom of the microchannel 13. This also contributes to the movement of the next line 9 by a distance d, which leads to a rupture of the overheating zone, having the form of a line parallel to the microprocessing section 10.

Минимальная зона холостого хода 11 (5% от длины участка микрообработки 10) определяется временем, необходимым для развертки системы 3 двухкоординатного сканирования лазерного луча в состояние линейной скорости при наибольшей длине участка микрообработки 10. Зона холостого хода 11 длиной более 25% от длины участка микрообработки 10 нецелесообразна, т.к. при этом снижается производительность процесса.The minimum idle zone 11 (5% of the length of the microprocessing section 10) is determined by the time required to scan the two-coordinate laser beam scanning system 3 to a linear speed with the longest microprocessing section 10. The idling zone 11 is more than 25% of the microprocessing length 10 impractical because this reduces the performance of the process.

Расстояние d между строками 9 выбирается оптимальным исходя из требований шероховатости микроканала 13 и производительности процесса формирования микроканала.The distance d between the lines 9 is chosen optimal based on the requirements of the roughness of the microchannel 13 and the productivity of the process of forming the microchannel.

Авторами экспериментально установлено, что угол растра α относительно образующей в каждой точке контура растровой дорожки 12, а, следовательно, контура микроканала 13 может составлять от 35° до 90°. Уменьшение угла α при ограниченной длине строки 9 нецелесообразно, т.к. влечет неоправданное уменьшение ширины выполняемых растровых зон микрообработки 12 и в пределе приводит к векторному перемещению луча.The authors experimentally established that the angle of the raster α relative to the generatrix at each point of the contour of the raster path 12, and, therefore, the contour of the microchannel 13 can be from 35 ° to 90 °. Reducing the angle α with a limited length of line 9 is impractical, because entails an unjustified reduction in the width of the executed raster zones microprocessing 12 and in the limit leads to the vector movement of the beam.

Кроме того, для обеспечения заданной шероховатости необходимо уменьшать расстояние d между строками 9, но при наклоне менее 35° при используемых расстояниях d может произойти наложение зон локального перегрева, что приведет к образованию микротрещины.In addition, to ensure a given roughness, it is necessary to reduce the distance d between lines 9, but with a slope of less than 35 ° at the used distances d, overlapping zones of local overheating can occur, which will lead to the formation of microcracks.

При больших зонах холостого хода 11 целесообразно увеличить угол растра α, при этом изменяется соотношение длин участка микрообработки 10 и зоны холостого хода 11 в пользу длины участка микрообработки 10 и таким образом увеличивается производительность процесса формирования микроканала.For large idle zones 11, it is advisable to increase the angle of the raster α, while changing the ratio of the lengths of the microprocessing section 10 and the idle zone 11 in favor of the length of the microprocessing section 10 and thus increasing the productivity of the microchannel formation process.

Растровое сканирование по сравнению с векторным позволяет выполнить микроканал с любым профилем, в том числе с прямоугольным профилем или близким к прямоугольному профилю. Подбор угла растра α в указанных пределах и расстояния d между строками 9 (шага сканирования) позволяет получить более плотное наложение лазерных пятен в проекции, перпендикулярной границе микроканала 13, а следовательно, позволяет получить заданный профиль микроканала 13.Raster scanning in comparison with the vector allows you to perform a microchannel with any profile, including a rectangular profile or close to a rectangular profile. The selection of the raster angle α within the specified limits and the distance d between lines 9 (scanning step) allows one to obtain a more dense overlap of laser spots in the projection perpendicular to the boundary of microchannel 13, and therefore, it allows to obtain a given profile of microchannel 13.

Для получения требуемой глубины микроканала 13 лазерный луч сканируют по каждой строке 9 неоднократно с перефокусировкой лазерного луча в плоскость микрообработки при втором и последующих сканированиях до получения заданной глубины микроканала 13.To obtain the required depth of the microchannel 13, the laser beam is scanned on each line 9 repeatedly with the refocusing of the laser beam into the microprocessing plane during the second and subsequent scans until the specified depth of the microchannel 13 is obtained.

При изменении угла растра α случайным образом при повторном сканировании по строкам 9, в том числе с перефокусировкой лазерного луча в плоскость микрообработки, дополнительно уменьшают шероховатость поверхности микроканала 13. При изменении пиковой мощности одного или нескольких первых и последних импульсов в пачке формируют более точный профиль микроканала 13.When the raster angle α is changed randomly during repeated scanning along lines 9, including with refocusing the laser beam into the microprocessing plane, the surface roughness of the microchannel 13 is additionally reduced. When the peak power of one or several first and last pulses changes in the packet, a more accurate microchannel profile is formed 13.

По предложенному техническому решению изготовлена установка на твердотельном лазере на кристалле Yt:KGW с фемтосекундной длительностью импульсов с длиной волны ближнего инфракрасного диапазона 1,04 мкм, на которой выполнены микроканалы шириной 10, 15, 20, 30 и 100 мкм глубиной от 3 до 25 мкм на стекле К8, БК10 и кварцевом стекле, а также на монокристаллическом кремнии. Микроканалы имеют прямоугольный профиль, измеренная шероховатость микроканалов R_z составила от 0,125 до 0,08. При контроле качества микроканалов микросколы и микротрещины на поверхности подложек и микроканалов и внутри подложек не обнаружены.According to the proposed technical solution, an installation was made on a Yt: KGW solid-state laser with a femtosecond pulse duration with a near infrared wavelength of 1.04 μm, on which microchannels 10, 15, 20, 30 and 100 μm wide were made with a depth of 3 to 25 μm on K8, BK10 glass and quartz glass, as well as on single-crystal silicon. Microchannels have a rectangular profile, the measured roughness of the microchannels R _z ranged from 0.125 to 0.08. When controlling the quality of the microchannels, microchips and microcracks were not found on the surface of the substrates and microchannels and inside the substrates.

Для формирования микроканалов на подложках из оптического стекла, оптических кристаллов и полупроводниковых материалов может также использоваться лазер с длиной волны ультрафиолетового или видимого диапазона.A laser with an ultraviolet or visible wavelength can also be used to form microchannels on substrates of optical glass, optical crystals, and semiconductor materials.

Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет сформировать на подложках из оптического стекла, оптических кристаллов и полупроводниковых материалов микроканалы с различными профилями высокого качества: с заданной шероховатостью, без микросколов и микротрещин на поверхности и внутри подложек.Thus, the present invention, in comparison with the prototype, allows microchannels with various high-quality profiles to be formed on substrates of optical glass, optical crystals and semiconductor materials: with a given roughness, without micro chips and microcracks on the surface and inside the substrates.

Claims

1. The method of forming microchannels by femtosecond pulses of laser radiation in substrates made of optical glass, optical crystals and semiconductor material, comprising irradiating the surface of the substrate with a packet of laser pulses with a radiation power density above a threshold value to remove the substrate material and moving the laser beam along the topographic area of the performed microchannel with partial overlap of spots from laser pulses, while using a laser with an ultrashort duration pulses and a pulse repetition rate of more than 50 kHz, characterized in that they use a laser with a wavelength of ultraviolet, visible or near infrared, while the laser beam is scanned line by line by a raster method with the beam moving in each line by the length of the microprocessing section with on and off bursts of laser pulses in each row, providing radiation of the first burst pulse at one boundary of the microprocessing section, and the last at its other boundary, and scanning is performed at least m for one raster zone of microprocessing, which fits into the width of the microchannel, providing a microprocessing section in each row surrounded by idle zones, each of which is 5-25% of the length of the microprocessing section, the distance between the lines is not more than their width and the angle of the raster relative to forming at each point of one of the contours of the raster zones of microprocessing, equal from 35 ° to 90 °, and the duration of the pulse train is set less than the limit length of the microprocessing section, at which the substrate does not occur defects.

2. The method according to p. 1, characterized in that the laser beam is scanned line by line repeatedly with refocusing of the laser beam into the microprocessing plane during the second and subsequent scans to obtain a given microchannel depth.

3. The method according to p. 1, characterized in that the laser beam is scanned in rows repeatedly with randomly changing the angle of the raster relative to the generatrix at each point of one of the contours of the raster zones of microprocessing during the second and subsequent scans.

4. The method according to p. 2, characterized in that in the second and subsequent scans, the angle of the raster relative to forming at each point of one of the contours of the raster zones of microprocessing is changed randomly.

5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the first and / or last laser pulse in the packet or several first and / or last laser pulses in the packet have a peak power different from other pulses in the packet.

6. Device for forming microchannels by femtosecond pulses of laser radiation in substrates made of optical glass, optical crystals and semiconductor material, containing a laser with ultrashort pulse duration and pulse repetition rate of more than 50 kHz, a laser beam forming system, a two-coordinate beam scanning system, a focusing system beam into the microprocessing plane, configured to provide a radiation power density above a threshold value for impact lamination of the substrate material, a two-coordinate system for positioning and fixing the substrate and a controller configured to provide communication between the laser and the above systems with a control computer, characterized in that the laser is made with a femtosecond pulse duration with a wavelength of ultraviolet, visible or near infrared, a two-coordinate system scanning of the laser beam is made with the ability of the controller-controlled single or multiple scanning by a linear raster method in rows with per by placing the beam in each row on the length of the microprocessing section with idle zones, along one or more raster microprocessing zones that fit into the width of the microchannel, and ensuring the length of each of the idling zones equal to 5-25% of the length of the microprocessing section, there is no distance between the rows more than their width and the angle of the raster relative to the generatrix at each point of one of the contours of the raster zones of microprocessing from 35 ° to 90 °, while the laser is equipped with a shutter to turn on and off the packet of laser pulses in each line with radiation of the first pulse of the packet at one boundary of the microprocessing section, and the last one at its other boundary, and the duration of the pulse packet is less than the limiting length of the microprocessing section at which defects do not occur in the substrate.

7. The device according to claim 6, characterized in that the system for focusing the beam into the microprocessing plane is configured to control the focus of the beam into the microprocessing plane in the third coordinate during the second and subsequent beam scans in rows to obtain the specified microchannel depth.

8. The device according to claim 6, characterized in that the two-coordinate laser beam scanning system is configured to randomly control the angle of the raster relative to the generatrix at each point of one of the contours of the raster microprocessing zones during the second and subsequent scanning of the laser beam in rows.

9. The device according to claim 7, characterized in that the two-coordinate laser beam scanning system is configured to randomly control the angle of the raster relative to the generatrix at each point of one of the contours of the raster microprocessing zones during the second and subsequent scanning of the laser beam in rows.

10. The device according to any one of paragraphs. 6-9, characterized in that the laser is configured to change the peak power of the first and / or last or several first and / or last laser pulses in the packet.