在光刻前，硅片会经历一次湿法清洗和去离子水冲洗，目的是去除沾污物。清洗完毕后，硅片表面需要经过疏水化处理，用来增强硅片表面同光刻胶的黏附性。疏水化处理使用一种称为六甲基二硅氮烷（hexamethyldisilazane，HMDS）物质的蒸气，其分子式为 (CH3)3SiNHSi(CH3)3。HMDS的作用是将硅片表面的亲水性氢氧根（OH）通过化学反应置换为疏水性的 OSi(CH3)3，以达到预处理目的。这一过程与木材或塑料在油漆前使用底漆喷涂相似。

气体预处理的温度控制在200至250摄氏度，时间一般为30秒。预处理装置连接在光刻胶处理的轨道机（wafer track）上，其基本结构包括一个密闭腔体，HMDS蒸气在腔体内与硅片表面接触并发生反应。

预处理完成后，光刻胶需要被涂敷在硅片表面。最广泛使用的是旋转涂胶方法。光刻胶（大约几毫升）先被管路输送到硅片中央，然后硅片旋转并逐渐加速，直到稳定在一定的转速上。转速高低决定了胶的厚度，厚度反比于转速的平方根。当硅片停下时，其表面已经基本干燥，厚度也稳定在预先设定的尺寸上。涂胶厚度的均匀性在45纳米或更先进的技术节点上应控制在正负20埃之内。

光刻胶的主要成分有三种：有机树脂、化学溶剂和光敏感化合物（photo active compound，PAC）。树脂提供薄膜的机械和热学性能，溶剂调节黏度以便涂敷，光敏感化合物则负责在曝光时发生光化学反应。涂胶工艺流程分为三步：光刻胶的输送、加速旋转硅片到最终速度、匀速旋转直到厚度稳定在预设值。最终形成的光刻胶厚度与光刻胶的黏度和最终旋转速度直接相关，光刻胶的黏度可以通过增减化学溶剂来调整。

对光刻胶厚度均匀性的高要求，可以通过对以下参数的全程控制来实现：光刻胶的温度、环境温度、硅片温度、涂胶模块的排气流量和压力。此外，为了降低涂胶相关的缺陷，还需注意多个工艺细节。光刻胶本身必须洁净且不含颗粒性物质，涂胶前必须使用过滤过程。光刻胶中不能混入空气，因为气泡会导致成像缺陷，其表现与颗粒类似。涂胶碗的设计必须从结构上防止被甩出去的光刻胶回溅。输送光刻胶的泵运系统必须设计成在每次输送后能够回吸，以避免多余光刻胶滴在硅片上或干涸后产生颗粒。硅片边缘在旋涂过程中会形成一圈圆珠型光刻胶残留，称为边缘胶滴（edge bead）。如果不去除，这圈胶滴干了后会剥离形成颗粒，掉在硅片上或设备中，造成缺陷率升高。同时，硅片背面的光刻胶残留会粘在硅片平台上，造成硅片吸附不良，引起曝光离焦和套刻误差增大。因此，涂胶设备中通常装有边缘去胶（edge bead removal，EBR）装置，通过在硅片边缘上下各一个喷嘴喷淋溶剂，在硅片旋转的同时清除距离边缘一定距离的光刻胶。

另外，大约90%至99%以上的光刻胶在旋涂过程中被甩出硅片，造成浪费。一种叫做节省光刻胶涂层（resist reduction coating，RRC）的方法，是在旋涂光刻胶前使用丙二醇甲醚醋酸酯（propylene glycol monomethyl ether acetate，PGMEA）对硅片进行预处理，以减少光刻胶用量。不过，如果这种方法使用不当，可能会在RRC同光刻胶的界面上产生化学冲击，或由空气中的氮对RRC溶剂造成污染，从而产生缺陷。

抗反射层的旋涂方法和原理与光刻胶相同。底部抗反射层（bottom anti-reflective coating，BARC）用于减少光刻胶底部界面的反射光，顶部抗反射层（top anti-reflective coating，TARC）则用于减少光刻胶顶部界面的反射光。这些抗反射层在后续工艺中会被去除或显影掉。

当光刻胶被旋涂在硅片表面后，必须经过烘焙。烘焙的目的在于将几乎所有的溶剂驱赶走。这种烘焙由于在曝光前进行，叫做曝光前烘焙，简称前烘，又叫软烘（soft bake）。前烘可以改善光刻胶的黏附性，提高光刻胶的均匀性，以及在刻蚀过程中的线宽均匀性控制。在化学放大的光刻胶中，前烘在一定程度上还可以用来改变光酸的扩散长度，以调整工艺窗口的参数。典型的前烘温度和时间在90至100摄氏度，约30秒。前烘后硅片会被从烘焙用的热板移到一块冷板上，以使其回到室温，为曝光步骤做准备。

至此，光刻工艺的前三个步骤——硅片表面预处理、旋涂光刻胶与抗反射层、曝光前烘焙——已完成。硅片表面已涂敷好光刻胶，溶剂已基本去除，下一步是进行对准和曝光。

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