Die gepulste Laserreinigung basiert auf den Eigenschaften der vom Laser erzeugten Lichtimpulse und basiert auf einer photophysikalischen Reaktion, die durch die Wechselwirkung zwischen einem hochintensiven Strahl, einem Kurzimpulslaser und der Verunreinigungsschicht verursacht wird. Sein physikalisches Prinzip lässt sich wie folgt zusammenfassen:
(a) Der vom Laser emittierte Laserstrahl wird von der Schmutzschicht auf der zu behandelnden Oberfläche absorbiert.
(b) Durch die Absorption hoher Energie entsteht ein schnell expandierendes Plasma (ein stark ionisiertes, instabiles Gas), das eine Stoßwelle erzeugt.
(c) Die Stoßwelle fragmentiert und entfernt die Verunreinigungen.
(d) Die Impulsbreite muss kurz genug sein, um einen Wärmestau zu vermeiden, der die behandelte Oberfläche beschädigen könnte.
(e) Experimente zeigen, dass auf Metalloberflächen Plasma erzeugt wird, wenn Oxide vorhanden sind.
Plasma wird nur erzeugt, wenn die Energiedichte über einem Schwellenwert liegt, der von der Menge der entfernten Verunreinigungen oder Oxide abhängt. Dieser Schwelleneffekt ist entscheidend für eine effektive Reinigung und gewährleistet gleichzeitig die Sicherheit des Trägermaterials. Es gibt auch eine zweite Schwelle für die Plasmaerzeugung. Übersteigt die Energiedichte diesen Schwellenwert, wird das Substratmaterial beschädigt. Um eine effektive Reinigung zu gewährleisten und gleichzeitig die Sicherheit des Substratmaterials zu gewährleisten, müssen die Laserparameter so angepasst werden, dass die Energiedichte des Lichtimpulses genau zwischen diesen beiden Schwellenwerten bleibt. Jeder Laserimpuls trägt eine Kontaminationsschicht einer bestimmten Dicke ab. Bei dicker Schmutzschicht sind mehrere Impulse zur Reinigung erforderlich. Die Anzahl der zur Reinigung der Oberfläche erforderlichen Impulse hängt vom Grad der Oberflächenverschmutzung ab. Eine wichtige Konsequenz der beiden Schwellenwerte ist die Selbstkontrolle des Reinigungsprozesses. Lichtimpulse mit Energiedichten über dem ersten Schwellenwert entfernen weiterhin Verunreinigungen, bis sie das Substratmaterial erreichen. Da ihre Energiedichten jedoch unterhalb der Schadensschwelle des Substratmaterials liegen, wird das Substrat nicht beschädigt.