JP2007012733A - Dividing method of substrate - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、多光子吸収による基板の内部改質を利用した分割方法に関し、特に、基板上に塗布された接着剤を介して構造体が接着されている各種基板を構造体と共に分割する方法に関する。 The present invention relates to a dividing method using internal modification of a substrate by multiphoton absorption, and more particularly, to a method of dividing various substrates to which a structure is bonded through an adhesive applied on the substrate together with the structure. .
シリコン基板やガラス基板上に形成された素子を小片に分割する場合、回転砥石を用いたダイシングでは水や研削液を用いるため、それは濡れを嫌うデバイスの分割には応用できない。また、この方法では、千鳥状(段違い)に配列されたデバイスは分割できない。
一方、シリコン基板やガラス基板上に形成された素子を小片に分割する場合、レーザの照射による多光子吸収を利用して基板の内部に改質層を形成し、その改質層に引張応力をかけることにより分割を行なうことが知られている(例えば特許文献1〜7)。
When an element formed on a silicon substrate or a glass substrate is divided into small pieces, since dicing using a rotating grindstone uses water or a grinding liquid, it cannot be applied to dividing a device that does not like wetting. Also, with this method, devices arranged in a zigzag pattern (in different steps) cannot be divided.
On the other hand, when an element formed on a silicon substrate or a glass substrate is divided into small pieces, a modified layer is formed inside the substrate using multiphoton absorption by laser irradiation, and tensile stress is applied to the modified layer. It is known to divide by applying (for example, Patent Documents 1 to 7).
しかし、基板上に接着剤を塗布して構造体を貼りつけた場合、塗布された接着剤を介してレーザを照射すると、接着剤の凹凸によりレーザが拡散してしまい、内部の改質処理が不十分となって分割性が低下する問題がある。このため、レーザにより内部変質を形成して基板の分割を行なう場合、その基板の表面は鏡面であることが必要となり、接着剤で貼りあわせた構造をもつ基板の分割は難しいものがあった。
本発明は上記課題に対応してなされたもので、接着剤によって接合された構造体を含む基板を、多光子吸収による基板の内部改質を利用して割断し、分割するのに適した新たな方法を提案することを目的とする。
However, when an adhesive is applied to the substrate and the structure is attached, if the laser is irradiated through the applied adhesive, the laser diffuses due to the unevenness of the adhesive, and the internal modification treatment There is a problem that the partitionability is lowered due to insufficiency. For this reason, when the internal modification is formed by laser and the substrate is divided, the surface of the substrate needs to be a mirror surface, and it is difficult to divide the substrate having a structure bonded with an adhesive.
The present invention has been made in response to the above problems, and a substrate including a structure bonded by an adhesive is cleaved using internal modification of the substrate by multiphoton absorption, and is suitable for division. The purpose is to propose a simple method.
本発明の基板の分割方法は、表面に接着剤が塗布され該接着剤を介して構造体が接合されている基板の割断予定域に、接着剤除去用レーザを前記接着剤にその集光スポットを合わせて照射し、前記割断予定域の接着剤を除去するステップと、前記接着剤が除去された部分から、内部改質層形成用レーザを前記基板の割断予定ラインに対応した前記基板の内部にその集光スポットを合わせて照射し、前記基板の厚さ方向のほぼ全域に改質領域を形成するステップと、前記基板の改質領域に引張力を与えて前記構造体を備えた前記基板を割断するステップとを備える。
この方法では、接着剤除去用レーザで基板上の接着剤を除去した後に、その接着剤除去部から内部改質層形成用レーザを基板の内部に照射するため、基板内部の厚さ方向の全体に改質領域が形成できる。そのため、その改質領域に引張力を与えることで、構造体を備えた基板を容易に分割することが可能となる。
In the substrate dividing method of the present invention, an adhesive removing laser is applied to the adhesive on the surface where the adhesive is applied to the surface and the structure is bonded via the adhesive. And the step of removing the adhesive in the region to be cleaved, and the inside of the substrate corresponding to the planned cleaving line of the substrate from the portion from which the adhesive has been removed. And the step of forming a modified region over substantially the entire region in the thickness direction of the substrate, and applying the tensile force to the modified region of the substrate to provide the structure. And cleaving.
In this method, after removing the adhesive on the substrate with the adhesive removing laser, the internal modified layer forming laser is irradiated from the adhesive removing portion to the inside of the substrate. Thus, a modified region can be formed. Therefore, it is possible to easily divide the substrate provided with the structure by applying a tensile force to the modified region.
また、本発明の基板の分割方法は、第1の内部改質層形成用レーザを基板の割断予定ラインに対応した前記基板の内部にその集光スポットを合わせて照射し、前記基板の厚さ方向の一端側に非改質領域を一部残して厚さ方向の残りの部分を改質領域とするステップと、前記基板の非改質領域が残っている側の面に接着剤を塗布し、該接着剤を介して前記基板に構造体を接合するステップと、第2の内部改質層形成用レーザを接着剤塗布面から前記割断予定ラインに対応した前記基板の内部の前記非改質領域にその集光スポットを合わせて照射し、前記非改質領域を改質領域とするステップと、前記基板の改質領域に引張力を与えて前記構造体を備えた前記基板を割断するステップとを備える。 In the substrate dividing method according to the present invention, the first internal modified layer forming laser is irradiated to the inside of the substrate corresponding to the planned cutting line of the substrate together with the focused spot, and the thickness of the substrate is increased. Applying an adhesive to the surface of the substrate on which the non-modified region remains, and a step of leaving a part of the non-modified region on one end side in the direction and making the remaining portion in the thickness direction the modified region Bonding the structure to the substrate through the adhesive; and applying the second internal modified layer forming laser from the adhesive application surface to the non-modified inside the substrate corresponding to the cleaved line Irradiating the region with the focused spot and setting the non-modified region as a modified region; and cleaving the substrate having the structure by applying a tensile force to the modified region of the substrate. With.
接着剤が塗布してあるとレーザーの集光性が低下し、加工性が低下することは既に説明したとおりであるが、接着剤を透過した光でも一定の範囲内までであれば割断に寄与するのに充分な改質層が形成できることが分かった。この方法はそれを利用したものである。すなわち、まず、基板の厚さ方向の一端側に非改質領域を一部残して厚さ方向の残りの部分を改質領域とした基板を形成し、その基板に構造物を接着剤で接合した後、残った一部の非改質領域を改質させて、それらの改質領域に引張力を与えることで、構造体を備えた基板を容易に分割することが可能となる。これにより、意図しない基板の割断を回避しながら、基板と構造体との接合などの各種工程を経た後、最終的に、構造体を備えた基板が分割できることになった。 As described above, the laser condensing performance decreases and the workability decreases when the adhesive is applied, but it contributes to cleaving if the light transmitted through the adhesive is within a certain range. It has been found that a sufficient modified layer can be formed. This method uses it. That is, first, a substrate having a non-modified region at one end side in the thickness direction and a remaining region in the thickness direction as a modified region is formed, and the structure is bonded to the substrate with an adhesive. Thereafter, the remaining part of the non-modified region is modified and a tensile force is applied to the modified region, so that the substrate having the structure can be easily divided. As a result, the substrate provided with the structure can be finally divided after various processes such as bonding of the substrate and the structure while avoiding unintentional cleavage of the substrate.
内部改質層形成用レーザの前記基板内部への照射は、その集光スポットを前記基板の厚さ方向深部から厚さ方向浅部へ徐々にずらして行うことが好ましい。このようにすることで、基板の厚さ方向のどの部位にもほぼ同質の改質層を形成することが可能となるからである。
また、各レーザの集光スポットを固定し前記基板を移動させることにより、前記集光スポットを前記割断予定ラインに沿って相対的にスキャンさせるようにするのが好ましい。これによれば、レーザのスキャンに、基板を平面方向及び回転方向に移動させることが可能な汎用ステージが利用でき、レーザ自体をスキャンさせるための特別な機構を備える必要がない。また、集光スポットの移動は基板の深さ方向の移動、すなわちフォーカス調整にだけに特化できる。
各レーザの照射は、発振源より発振されたレーザを分岐させた複数のレーザを利用して複数箇所を同時に照射して行ってもよい。これにより、基板の複数箇所が同時に加工可能でき、加工効率が向上する。
It is preferable that the inside of the substrate is irradiated with the internal modified layer forming laser by gradually shifting the focused spot from the deep portion in the thickness direction to the shallow portion in the thickness direction of the substrate. By doing so, it is possible to form a modified layer of almost the same quality at any part in the thickness direction of the substrate.
Further, it is preferable that the focused spot of each laser is fixed and the substrate is moved so that the focused spot is relatively scanned along the cleaved line. According to this, a general-purpose stage capable of moving the substrate in the plane direction and the rotation direction can be used for laser scanning, and it is not necessary to provide a special mechanism for scanning the laser itself. Further, the movement of the condensing spot can be specialized only for movement in the depth direction of the substrate, that is, focus adjustment.
Irradiation of each laser may be performed by simultaneously irradiating a plurality of locations using a plurality of lasers branched from lasers oscillated from an oscillation source. Thereby, a plurality of locations on the substrate can be processed simultaneously, and the processing efficiency is improved.
前記接着剤除去用レーザは、エキシマレーザ、YAGレーザの第3高調波、YAGレーザの第4高調波、CO2レーザのいずれかとするのが好ましい。これらは、接着剤を構成する高分子材料に対して吸収性がよいためである。
また、前記内部改質層形成用レーザは、YAGレーザの基本波であることが好ましい。YAGレーザは、パワーが強力であり、シリコン基板やガラス基板に対する多光子吸収による改質作用の点で優れているためである。従って、本発明における分割対象の基板は、シリコン基板又はガラス基板のいずれかとするのが好ましい。
The adhesive removing laser is preferably one of an excimer laser, a third harmonic of a YAG laser, a fourth harmonic of a YAG laser, or a CO 2 laser. These are because they have good absorbability with respect to the polymer material constituting the adhesive.
Moreover, it is preferable that the internal modified layer forming laser is a fundamental wave of a YAG laser. This is because the YAG laser has a strong power and is excellent in terms of a modification action by multiphoton absorption with respect to a silicon substrate or a glass substrate. Therefore, the substrate to be divided in the present invention is preferably either a silicon substrate or a glass substrate.
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は多光子吸収による部材の内部改質を利用した基板の分割方法であるが、多光子吸収による部材の内部改質に関しては、既に多くの学術論文や特許文献で論じられているのでここではその説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Although the present invention is a substrate dividing method using internal modification of a member by multiphoton absorption, the internal modification of a member by multiphoton absorption has already been discussed in many academic papers and patent documents. Therefore, the description is omitted here.
実施形態1
図1は本発明の実施形態1の加工方法を示す工程図である。実施形態1の方法は、基板1の表面の広い範囲にわたって接着剤3が塗布され、その接着剤3を介して基板1に1個以上の構造体2が接合されていて、基板1と各構造体2からなる1個以上のそれぞれ独立したデバイス(装置又は部品)が含まれている構成物に対して適用できる。図1にはその様な構成物(以下、ワーク10と称する)を示しており、基板1(シリコン基板又はガラス基板)に、接着剤3を介して、2つの構造体(構造部材、機構部品、電子部品を含む)2が接合されており、基板1と一方の構造体3、基板1と他方の構造体3は、それぞれ独立したデバイスを構成している。
Embodiment 1
FIG. 1 is a process diagram showing a processing method according to Embodiment 1 of the present invention. In the method according to the first embodiment, the
次に、実施形態1による基板の分割方法を図1に従って説明する。まず、ワーク10の基板1上で構造体3のない部分から、接着剤除去用レーザ4を、基板1の割断予定ラインを含む割断予定域の接着剤3にその集光スポット(又は焦点位置)を合わせて照射し(図1(a))、その部分の接着剤3を所定の範囲まで除去して接着剤除去部5を形成する(図1(b))。この接着剤除去部5を形成する作業は、基板1と接着剤除去用レーザ4とを相対移動させて、基板1の割断予定ラインの全長に対して行う。この場合、接着剤除去用レーザ4の集光スポットを固定し基板1を移動させることにより、集光スポットを割断予定ラインに沿って相対的にスキャンさせるようにするのがよい。
Next, a substrate dividing method according to Embodiment 1 will be described with reference to FIG. First, the laser beam 4 for removing the adhesive is applied to the
接着剤除去用レーザ4は、接着剤3を構成する高分子材料に対して吸収性のよいレーザとし、例えば、エキシマレーザ、YAGレーザの第3高調波、YAGレーザの第4高調波、CO2レーザなどである。また、接着剤3を除去する範囲は、次工程でその接着剤除去部5から基板1の最深部まで内部改質層形成用レーザ6を照射しても、周囲の接着剤3にレーザが当たらない大きさの範囲とする。なお、接着剤除去部5の幅(直径)をd1とし、内部改質層形成用レーザ6の照射幅(ビーム直径)をd2とした場合に、d1>d2となるように設定する。
The adhesive removing laser 4 is a laser that has good absorbability with respect to the polymer material constituting the
続いて、接着剤除去部5から、内部改質層形成用レーザ6を基板1の割断予定ラインに対応した基板1の内部にその集光スポットを合わせて照射し、基板1の厚さ方向のほぼ全域に、多光子吸収による改質層(又は改質領域)7を形成する(図1(c))。その際、内部改質層形成用レーザ6の基板1内部への照射は、その集光スポットを基板1の厚さ方向深部から厚さ方向浅部へ徐々にずらして行うのが好ましい。
また、内部改質層形成用レーザ6の基板1内部への照射は、基板1と内部改質層形成用レーザ6とを相対移動させて、レーザ基板1の割断予定ラインの全長にわたって行う。なおその場合、内部改質層形成用レーザ6の集光スポットと基板1とを相対移動させる必要があるが、集光スポットを固定し基板1を移動させることにより、集光スポットを割断予定ラインに沿って相対的にスキャンさせるようにするのがよい。こうすることで、集光スポットの移動は基板1の深さ方向の移動、すなわちフォーカス調整にだけに特化できる。
Subsequently, the
In addition, irradiation of the internal modified
内部改質層形成用レーザ6は基材1の内部を透過し、基板1の内部で多光子吸収が行われて基板1の強度を低下させる改質層を形成させることが可能なものである。そのようなレーザとしては、YAG(Nd:YAG)レーザの基本波、Nd:YVO4レーザ、Nd:YLFレーザが上げられる。なお、そのパルス幅は1ns以下とするのが好ましい。
基板1の割断予定ラインの全長にわたって、基板1の厚さ方向のほぼ全域に改質層7が形成できたら、改質層7に引張力を与えて構造体2を備えた基板1を改質層7部分で割断する(図1(d))。
The internal modified
Once the modified
実施例1
(1)使用するレーザ照射装置
図2は本発明の基板の分割方法に利用できるレーザ照射装置の一例を示す構成図である。このレーザ照射装置は、レーザ発振源としてのレーザ発振器11、ジャイアントパルスを発生させるためのQスイッチ12、レーザのパワー調整を行うアッテネータ13、レーザのビーム径を調整するビームエキスパンダ14、レーザビームの遮断及び通過を制御する電磁シャッタ15、反射ミラー16、レーザを集光する集光レンズ17、集光レンズ17で集光されたレーザの集光ポイント(焦点位置)を調整するオートフォーカス機構18、オートフォーカス機構18の制御のためのデータ収集を行うためのCCDカメラ19、レクチル及び照明20、照射対象のワーク10を移動可能に載置するXYステージ21及びθステージ22、以上の各機器及び各素子の動作を制御する制御部(例えばパソコン)30を備えている。
この照明装置を利用する場合、ワーク10に対するレーザスキャンはXYステージ21を動作させて行う。また、ワーク10の角度調整はθステージ22を動作させて行う。基板1の厚さ方向に対するレーザの集光スポットの位置調整は、オートフォーカス機構18により行う。
Example 1
(1) Laser irradiation apparatus to be used FIG. 2 is a block diagram showing an example of a laser irradiation apparatus that can be used in the substrate dividing method of the present invention. This laser irradiation apparatus includes a laser oscillator 11 as a laser oscillation source, a Q switch 12 for generating a giant pulse, an attenuator 13 for adjusting laser power, a beam expander 14 for adjusting the laser beam diameter, and a laser beam An electromagnetic shutter 15 that controls blocking and passage, a reflection mirror 16, a condensing lens 17 that condenses the laser, and an autofocus mechanism 18 that adjusts a condensing point (focal position) of the laser light collected by the condensing lens 17, A CCD camera 19 for collecting data for controlling the autofocus mechanism 18, a reticle and
When this illumination device is used, laser scanning for the
(2)加工条件
・基板1の種類及びその厚さ:シリコン基板、400μm
・接着剤3の種類及びその厚さ:エポキシ接着剤、2μm
・接着剤除去用レーザ4:エキシマレーザ
・接着剤除去用レーザ6:YAG(Nd:YAG)レーザの基本波、周波数100kHz、パルス幅30ns、出力20μJ/Pulse、集光点の強度1×108W/cm2〜1×1012W/cm2
・レーザスキャン速度:300mm/s以下
(2) Processing conditions • Type of substrate 1 and its thickness: silicon substrate, 400 μm
・ Type of
-Adhesive removal laser 4: Excimer laser-Adhesive removal laser 6: YAG (Nd: YAG) laser fundamental wave, frequency 100 kHz,
・ Laser scan speed: 300mm / s or less
(1)のレーザ照射装置を利用し、(2)の条件にて基板1に各レーザを照射することにより、基板1の割断予定ラインの全長にわたって、その割断予定ラインに対応する基板の厚さ方向の全域に基板1の強度を低下させる改質層7が形成できた。これにより、その改質層7に適度な引張力を与えることで、構造体2を含んだ基板1をワーク10から分割できた。
By using the laser irradiation apparatus of (1) and irradiating the substrate 1 with each laser under the condition of (2), the thickness of the substrate corresponding to the planned cutting line over the entire length of the planned cutting line of the substrate 1. The modified
実施形態2
図2は本発明の実施形態2の加工方法を示す工程図である。実施形態2の方法は、基板1の表面の広い範囲にわたって接着剤3を塗布し、その接着剤3を介して基板1に1個以上の構造体2を接合して、基板1と各構造体2とからなる1個以上のそれぞれ独立したデバイス(装置又は部品)が含まれている構成物(ワーク10)を、これから製作する場合に利用するものである。
FIG. 2 is a process diagram showing a processing method according to
次に、実施形態2による基板の分割方法を図2に従って説明する。まず、第1の内部改質層形成用レーザ6を基板1の割断予定ラインに対応した基板1の内部にその集光スポットを合わせて照射し、基板1の厚さ方向の一端側に未加工部(非改質領域)8を一部残して、厚さ方向の残りの部分を多光子吸収による改質層(改質領域)7とする(図2(a))。なお、未加工部8の長さは約200μmとする。これは、接着剤3を介しても200μm程度の深さまでは、割断に寄与する改質処理が実現されるからである。続いて、基板1の未加工部(非改質領域)8が残っている側の面に接着剤3を塗布し、該接着剤3を介して基板1に構造体2を接合する(図2(b))。なお、場合によっては、基板1に構造体2を接合した後、構造体2を所定の形状にするための加工が入ることがある。
Next, a substrate dividing method according to
続いて、第2の内部改質層形成用レーザ6を接着剤3塗布面から割断予定ラインに対応した基板1の内部の未加工部8にその集光スポットを合わせて照射し、その未加工部8を多光子吸収による改質層(改質領域)7とする(図2(c))。
なお、第1の内部改質層形成用レーザ6と第2の内部改質層形成用レーザ6とは、説明の便宜上分けただけであり、それらは同じ態様及び同じ条件のレーザでよく、それらの種類や照射方法も、実施形態1の内部改質層形成用レーザ6と同様にしてよい。
基板1の割断予定ラインの全長にわたって、基板1の厚さ方向のほぼ全域に改質層7が形成できたら、改質層7に引張力を与えて構造体2を備えた基板1を改質層7部分で割断する(図2(d))。
Subsequently, the
The first internal modified
Once the modified
実施例2
レーザ照射装置や加工条件は実施形態1に準拠して、ワーク10を構成する基板1の分割実験を行った。それによれば、基板1の割断予定ラインの全長にわたって、その割断予定ラインに対応する基板1の厚さ方向の全域に基板1の強度を低下させる改質層7が形成できた。これにより、その改質層7に適度な引張力を与えることで、構造体2を含んだ基板1をワーク10から分割できた。
Example 2
The laser irradiation apparatus and processing conditions were based on the first embodiment, and a division experiment of the substrate 1 constituting the
なお、実施形態1,2において、レーザ発振器11より発振されたレーザを光学素子で分岐させた複数のレーザを利用して、基板1の複数箇所を同時に照射して行ってもよい。こうすることにより、複数箇所が同時に加工可能となり、基板1の分割の作業効率を上げることができる。 In the first and second embodiments, a plurality of laser beams obtained by branching the laser oscillated from the laser oscillator 11 with optical elements may be used to irradiate a plurality of locations on the substrate 1 simultaneously. By doing so, a plurality of locations can be processed simultaneously, and the work efficiency of dividing the substrate 1 can be increased.
本発明で分割の対象となる基板はその内部で多光子吸収が可能な部材であるが、その中でも特にシリコン基板あるいはガラス基板を主な対象としている。従って、本発明の基板の分割方法は、各種電子デバイスを構成している半導体基板、液晶表示装置やEL表示装置を構成しているガラス基板、プリンタのインクジェットヘッドを構成している電極基板、キャビティ基板などの分割に適用することができる。
また、本発明は、接着剤が塗布された面とは反対側の面からのレーザ照射が困難な基板を、割断又は分割する場合に特に効果を発揮するものである。
The substrate to be divided in the present invention is a member capable of multiphoton absorption therein, and among them, a silicon substrate or a glass substrate is the main target. Therefore, the substrate dividing method of the present invention includes a semiconductor substrate constituting various electronic devices, a glass substrate constituting a liquid crystal display device or an EL display device, an electrode substrate constituting a printer inkjet head, and a cavity. It can be applied to the division of a substrate or the like.
The present invention is particularly effective when a substrate that is difficult to be irradiated with a laser beam from the surface opposite to the surface coated with the adhesive is cleaved or divided.
1 基板、2 構造体、3 接着剤、4 接着剤除去用レーザ、5 接着剤除去部、6 内部改質層形成用レーザ、7 改質層、8 未加工部、10 ワーク。
1 substrate, 2 structure, 3 adhesive, 4 adhesive removal laser, 5 adhesive removal part, 6 internal modified layer forming laser, 7 modified layer, 8 unprocessed part, 10 workpiece.
Claims (8)
前記接着剤が除去された部分から、内部改質層形成用レーザを前記基板の割断予定ラインに対応した前記基板の内部にその集光スポットを合わせて照射し、前記基板の厚さ方向のほぼ全域に改質領域を形成するステップと、
前記基板の改質領域に引張力を与えて前記構造体を備えた前記基板を割断するステップと、
を備えたことを特徴とする基板の分割方法。 An adhesive removal laser is applied to the adhesive to the area where the adhesive is applied to the surface and the structure is bonded via the adhesive. Removing the area adhesive;
From the portion from which the adhesive has been removed, the inner modified layer forming laser is irradiated to the inside of the substrate corresponding to the planned cutting line of the substrate along with its focused spot, and is substantially in the thickness direction of the substrate. Forming a modified region over the entire area;
Cleaving the substrate with the structure by applying a tensile force to the modified region of the substrate;
A method for dividing a substrate, comprising:
前記基板の非改質領域が残っている側の面に接着剤を塗布し、該接着剤を介して前記基板に構造体を接合するステップと、
第2の内部改質層形成用レーザを接着剤塗布面から前記割断予定ラインに対応した前記基板の内部の前記非改質領域にその集光スポットを合わせて照射し、前記非改質領域を改質領域とするステップと、
前記基板の改質領域に引張力を与えて前記構造体を備えた前記基板を割断するステップと、
を備えたことを特徴とする基板の分割方法。 The first internal modified layer forming laser is irradiated to the inside of the substrate corresponding to the planned cutting line of the substrate along with the focused spot, and one unmodified region is formed on one end side in the thickness direction of the substrate. Leaving the remaining portion in the thickness direction as a modified region;
Applying an adhesive to the surface of the substrate where the non-modified region remains, and bonding the structure to the substrate via the adhesive; and
A second internal modified layer forming laser is irradiated from the adhesive application surface to the unmodified region inside the substrate corresponding to the cleaved line along the focused spot, and the unmodified region is irradiated to the unmodified region. A step of making a reforming region;
Cleaving the substrate with the structure by applying a tensile force to the modified region of the substrate;
A method for dividing a substrate, comprising:
The substrate dividing method according to claim 1, wherein the substrate is either a silicon substrate or a glass substrate.
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