オゾン水洗浄とは、オゾン（O₃）を超純水に溶解させたオゾン水（溶存オゾン濃度1〜100ppm）を使って半導体ウェハ表面の有機汚染物・自然酸化膜・パーティクルを除去する洗浄プロセスです。オゾンの強力な酸化力（酸化還元電位2.07V、塩素の1.5倍）により、SPM洗浄に匹敵する有機物除去能力を硫酸・過酸化水素などの危険薬液を使わずに実現できます。環境負荷低減・排水処理コスト削減の観点から先端ファブへの導入が急速に拡大しています。
オゾン水洗浄の反応メカニズムは直接酸化と間接酸化（OH ラジカル）の2経路があります。直接酸化ではO₃分子が有機物の不飽和結合に直接作用し分解します。間接酸化ではO₃が水中で分解して生成する高反応性ヒドロキシルラジカル（・OH）が非選択的に有機物を酸化分解します。シリコン表面に対してはOHラジカルがSi-Hを酸化しSiO₂（化学酸化膜）を形成するため、表面を親水化・清浄化する効果があります。
SPM洗浄との比較でオゾン水洗浄が優れている点と課題を整理します。優位点：（1）薬液コスト・廃液処理コストの大幅削減（SPM廃液の中和・排水処理設備が不要）、（2）安全性の高さ（高濃度硫酸・過酸化水素の取り扱いリスク排除）、（3）ウェハ表面の金属汚染リスク低減。課題：（1）ハードベーク・炭化したレジストの除去能力はSPMより劣る場合がある、（2）オゾン水の短い半減期（水中での半減期数十分）による安定供給の難しさ。
オゾン水洗浄はSCREEN・TEL・Sumco（ウェハメーカー）がシングルウェハ洗浄装置に組み込んでいます。オゾン水生成装置（ヤマサキ電気・三菱電機・Meidensha）からの安定したオゾン水供給が装置性能を決定します。TSMC・Samsung・Intelの先端ファブでは薬液削減・環境規制対応の一環としてオゾン水洗浄の適用拡大を進めており、SPMとの組み合わせや部分代替が進んでいます。
オゾン水洗浄の市場拡大は半導体製造の「グリーン化」トレンドと連動しています。EU・日本・米国の環境規制強化（PFAS規制・有害化学物質排出規制）により、フッ素系化合物・強酸性廃液の削減が業界全体の課題となっています。オゾン水洗浄への移行は薬液コスト削減だけでなく、ESG（環境・社会・ガバナンス）観点での評価向上にも貢献します。2026年以降の先端ファブ新設では、環境配慮型洗浄プロセスの採用が標準になりつつあります。