Der gepulste Nd: YAG-Laserreinigungsprozess beruht auf den Eigenschaften der vom Laser erzeugten Lichtimpulse, basierend auf photophysikalischen Reaktionen, die durch die Wechselwirkung zwischen Hochintensitätsstrahlen, kurz gepulsten Lasern und kontaminierten Schichten verursacht werden. Ihre physikalischen Prinzipien lassen sich wie folgt zusammenfassen:
a) Der vom Laser emittierte Strahl wird von der kontaminierten Schicht auf der zu behandelnden Oberfläche absorbiert.
b) Die Absorption großer Energie bildet ein schnell expandierendes Plasma (ein stark ionisiertes instabiles Gas), das eine Stoßwelle erzeugt.
c) Stoßwellen bewirken, dass die Verunreinigungen zu Bruchstücken werden und zurückgewiesen werden.
d) Die Lichtimpulsbreite muss kurz genug sein, um einen Wärmestau zu vermeiden, der die behandelte Oberfläche beschädigen könnte.
e) Versuche haben gezeigt, dass bei einem Oxid auf der Metalloberfläche das Plasma auf der Metalloberfläche erzeugt wird.
Das Plasma wird nur erzeugt, wenn die Energiedichte über einer Schwelle liegt, die von der kontaminierten oder oxidierten Schicht abhängt. Dieser Schwelleneffekt ist wichtig für eine effektive Reinigung bei gleichzeitiger Gewährleistung der Sicherheit des Substratmaterials. Es gibt auch eine zweite Schwelle für das Vorhandensein von Plasma. Wenn die Energiedichte diese Schwelle überschreitet, wird das Substratmaterial zerstört. Um eine effektive Reinigung unter der Voraussetzung der Gewährleistung der Sicherheit des Substratmaterials sicherzustellen, müssen die Laserparameter der Situation angepasst werden, so dass die Energiedichte des Lichtimpulses genau zwischen zwei Schwellen liegt.
Jeder Laserpuls entfernt eine bestimmte Dicke der kontaminierten Schicht. Wenn die kontaminierte Schicht dick ist, sind zur Reinigung mehrere Impulse erforderlich. Die Anzahl der Impulse, die zum Reinigen der Oberfläche erforderlich sind, hängt vom Grad der Oberflächenverunreinigung ab. Ein wichtiges Ergebnis der beiden Grenzwerte ist die Selbstkontrolle der Reinigung. Lichtimpulse mit einer Energiedichte über der ersten Schwelle werden Verunreinigungen immer zurückweisen, bis das Substratmaterial erreicht ist. Da seine Energiedichte jedoch niedriger ist als die Zerstörschwelle des Substratmaterials, wird das Substrat nicht beschädigt.
