臭氧水清洗是使用將臭氧（O₃）溶於超純水的臭氧水（溶解臭氧濃度 1～100ppm），去除半導體晶圓表面有機汙染物、自然氧化層與微粒的清洗製程。憑藉臭氧強大的氧化力（氧化還原電位 2.07V，為氯的 1.5倍），可在不使用硫酸、過氧化氫等危險化學品的情況下，達到媲美 SPM 清洗的有機物去除能力。從降低環境負荷與削減廢水處理成本的觀點，先進晶圓廠的導入正急速擴大。
臭氧水清洗的反應機制有直接氧化與間接氧化（OH 自由基）2 種途徑。直接氧化是 O₃ 分子直接作用於有機物的不飽和鍵使其分解。間接氧化則是 O₃ 在水中分解所產生的高反應性羥基自由基（・OH）非選擇性地氧化分解有機物。對矽表面而言，OH 自由基會氧化 Si-H 並形成 SiO₂（化學氧化層），因此具有使表面親水化與潔淨化的效果。
以下整理臭氧水清洗相較於 SPM 清洗的優點與課題。優點：（1）大幅削減化學品成本與廢液處理成本（不需要 SPM 廢液的中和與廢水處理設備）、（2）安全性高（排除高濃度硫酸與過氧化氫的處理風險）、（3）降低晶圓表面的金屬汙染風險。課題：（1）對硬烤或碳化光阻的去除能力有時不如 SPM、（2）臭氧水半衰期短（在水中的半衰期為數十分鐘），難以穩定供應。
SCREEN、TEL、勝高（SUMCO，晶圓廠商）已將臭氧水清洗整合進單晶圓清洗設備。來自臭氧水產生設備（Yamasaki 電氣・三菱電機・明電舍）的穩定臭氧水供應，決定了設備效能。台積電、三星、英特爾的先進晶圓廠正擴大臭氧水清洗的應用，作為削減化學品與因應環保法規的一環，與 SPM 搭配使用或部分取代的做法也在推進。
臭氧水清洗的市場擴大與半導體製造的「綠色化」趨勢連動。在歐盟、日本、美國環保法規趨嚴（PFAS 法規・有害化學物質排放法規）之下，削減氟系化合物與強酸性廢液已成為整個產業的課題。轉向臭氧水清洗不僅能削減化學品成本，也有助於提升 ESG（環境・社會・治理）方面的評價。在 2026年以後新建的先進晶圓廠中，採用環境友善型清洗製程正逐漸成為標準。