對標“卡脖子”技術開展“新工科”改革
——以北京化工大學光刻膠制備技術為例

朱曉群，曾開富，魯 思

（北京化工大學 材料科學與工程學院，北京 100029）

0 引言

“卡脖子”技術是指關系國計民生、尚未被完全自主掌握的關鍵核心技術，對于國家經濟安全、國防安全和其他安全都具有重要意義。近年來，伴隨著科學技術的蓬勃發展，各種各樣的高科技產品在工業、農業、國防和日常生活中有著廣泛的應用。然而，作為高科技產品消耗大國，部分科技領域的技術發展水平和速度卻無法滿足國內相關產業的需求，關鍵核心技術的供給不足問題日益嚴峻。隨著我國綜合國力的增強，國際環境也在不斷發生重要變化，西方國家不斷增加出口管制技術產品的種類，也使得我國面臨的“卡脖子”問題日益突出。

“卡脖子”技術的攻關是一項系統工程，其中人才因素是最具根本意義的因素。自力更生、自主培養拔尖人才，已經成為解決我國“卡脖子”技術問題的重要議題。在“中國制造2025”國家戰略確定的十大重點領域，預計2025 年的人才缺口多達2985.7 萬人。其中，拔尖創新人才的培養對“卡脖子”技術的突破尤為關鍵。回顧歷史可以發現，拔尖人才是“卡脖子”技術實現“從0 到1”飛躍的決定性因素。新中國成立初期，我國并不擁有兩彈一星技術，但是在以鄧稼先等為代表的一批科學家與工程師帶領下，我國成功實現了“兩彈一星”工程，解決了國防安全的“卡脖子”問題。隨著時代的發展，要用“兩彈一星”精神來攻堅“卡脖子”技術，更要培養“兩彈一星元勛式”的拔尖人才。

1 “卡脖子”技術面臨人才匱乏之痛

集成電路（即芯片）是中國當前需要重點突破的“卡脖子”領域。在穩定性和可靠性極高的通信、軍事等領域，國產芯片還不能滿足需要。韓國三星集團等早已實現7 納米芯片量產，而我國最先進的芯片制造企業中芯國際也只能量產14 納米芯片。近年來，我國80%的高端芯片都依賴于進口，每年進口芯片金額超過2300 億美元，位居進口商品第一位，高額利潤被海外巨頭持續壟斷。西方國家頻繁利用我國通信產業“缺芯少魂”的問題挑動貿易摩擦，國內多家高科技企業被列入出口管制實體清單。中興通訊、華為等企業先后遭受到西方國家禁令的打壓限制，在國際市場上連續遭受重創。

從技術上說，集成電路是一系列尖端技術的集成。其中，光刻技術又可以視作集成電路的“卡脖子”技術。光刻膠是集成電路生產中的關鍵材料，主要包括半導體光刻膠、平板顯示光刻膠、用于制造印制線路板的PCB 光刻膠三種。一枚芯片的制造，需要經過幾十道以上的光刻工藝。而光刻膠的質量直接影響著光刻的精度和良率。因此，光刻膠制備技術、光刻技術是具有戰略意義的“新工科”建設方向。目前，光刻膠的研發及產業化主要集中在日本、美國、韓國及歐洲。其中，日本是光刻技術的第一強國，JSR、東京應化、信越、住友化學與富士電子等五家日本企業占據了全球光刻膠市場85%以上的份額。在高端光刻膠方面，以EUV 光刻膠為例，JSR、東京應化、信越等3 家日本企業占據了幾乎100%的市場。我國經過近二、三十年來的努力，在各類光刻膠技術的研究和產品開發方面已取得了一定的進展，但總體發展水平仍比較落后，與國際先進技術仍然存在較大的差距，“被掐脖子”、“受制于人”的困境依然存在。目前，我國僅在屬于PCB光刻膠領域的液態光刻膠、干膜光刻膠以及i/g 線光刻膠的幾類產品上有國產化的產品，但這幾種國產光刻膠加起來的總產值不超過全球光刻膠總產值的5%，高端的半導體光刻膠和平板顯示光刻膠仍全部依賴進口。

人才是行業發展的基石，而我國集成電路產業在人才方面正面臨著雙重困境。一方面，人才培養體系不夠完善，師資隊伍和實訓條件支撐不足，表現在高層次、復合型、創新型人才不足。據教育部公開數據顯示，2019 年我國集成電路相關專業畢業生規模約為20 萬名，其中以本科畢業生為主，占比為69.35%，碩士及以上畢業生占比僅為6.03%。另一方面，現有人才流失嚴重，市場上存在對于人才的惡意爭奪現象。據中芯國際發布的企業社會責任報告顯示，該公司在2020 年員工整體流失率達到了17%，上海地區的員工流失率更是達到了41.5%[2]。從人才供需結構來看，據2018 年的調查，我國集成電路產業每年的人才缺口多達30 萬人。據估算，集成電路研發和生產所需的光刻技術人才缺口每年超過1 萬人。光刻膠作為國際上技術門檻最高的微電子化學品之一，其對人才需求的急切程度，人才對于該行業發展的重要性不言而喻。現有人才的流失，后備人才培養的不足導致我國在光刻膠上的發展十分緩慢，人才雙重困境的解決是擺脫光刻膠“卡脖子”的關鍵所在。

2 光刻膠制備技術的人才培養需解決“三個脫節”

2.1 學科專業設置同市場需求嚴重脫節

我國高校對于學科專業的設置滯后于市場產業結構的調整，同市場實際需求存在嚴重脫節。造成這一現象的原因，一方面是我國高校對于學科專業的調整自主權不足，高校在進行學科專業的設置和調整時需要嚴格遵循教育部所規定的指導方針、指導原則、基本條件等，實際調整難度較大；另一方面，高校自身對于市場需求的轉變把握不足，很少有高校成立專門的部門來對國內外社會和經濟發展形勢進行研究，并結合學校實際情況有針對性地對學科專業及時調整，這就使得高校在學科和專業設置上具有滯后性。人才的市場缺口大，但是，很少有大學針對該項“卡脖子”技術設置專門的培養方案，更遑論建立對應的學科專業。光刻技術人才一般在“材料科學與工程”和“信息科學與工程”一級學科培養。這是一種大類培養的思路，培養的人才固然口徑寬廣、基礎扎實，但是在光刻技術領域的專業深度、專業精度不夠。同時，部分高校自身所具有的軟硬件條件也并不足以支撐其培養精細化人才，導致培養出來的人才在專業知識層面和實踐操作層面都不能很好滿足市場的需求。據調研，目前國內能夠培養本科以上高端光刻技術人才的高校與科研院所僅有清華大學、北京大學、北京化工大學等不到十家單位，全國每年畢業的研究生和本科生均不足千人[3]。

2.2 教學環節同技術前沿脫節

“卡脖子”技術人才的培養，需要硬件環境和軟件環境同時改善。與其他傳統行業不同，光刻技術等微細加工技術更新迭代較快，對實踐操作要求較高，這就要求高校在教育環節也要注重實踐，緊跟產業技術最前沿的發展，而我國高校實際教學情況卻與技術前沿存在脫節。目前，國際前沿的光刻技術已經發展到EUV 水平。建成一條最先進的光刻生產線需要數百億元。其中光刻膠涉及更多的是工程問題，對條件、環境的要求極其苛刻（如百級超凈、ppt 級金屬雜質含量、7 個9 以上的純度）。由于很多國家對“卡脖子”技術設置了諸多保護措施，高校在軟硬件環境方面都很難長期位于技術的最前沿，我國高校由于缺少相關的技術和最先進的設備，教學大多只是停留在理論學習階段，甚至連模擬實驗的條件都不具備。僅依靠理論知識所培養出的學生對于前沿技術缺乏直觀的認知，培養的實際效果難以得到保障，也不利于實現創新型人才培養。雖然大學要立足于為學生打基礎，但是在突破“卡脖子”技術時也需要站在巨人肩膀上、洞察學科前沿。如何確保技術前沿進高校課堂、進高校實驗室，仍然是突破“卡脖子”技術的一個關鍵議題。

2.3 科學研究與人才培養脫節

科學研究與人才培養都是我國當代高校的主要職能之一，人才培養是高校的核心職能，科學研究是做好人才培養的前提條件，兩者之間存在著顯著的正向關系，直接參與科研實踐活動有利于學生科研能力和素質的提升，然而，我國高校卻普遍存在著重科研而輕教學的現象。目前，我國高校、科研院所的師資隊伍科研能力很強。由于“卡脖子”技術的緊迫性和“雙一流”工程的推動，廣大教師普遍將主要精力放在科研攻關上。同時，高校對于教師的科研評價指標仍以專利、論文、專著、科研項目數量為主，對于人才培養則缺乏足夠的重視性和系統的評價體系，這使得教師不得不將精力更多放在科研層面，對人才培養的關注自然有所下降。為光刻膠制備技術培養未來人才的使命感、責任感還不夠。總體上，光刻膠制備技術領域的研究生教育要強于本科教育，但是所有層次的人才培養質量都有待提升。

總而言之，只有解決“三個脫節”的問題，才能為我國光刻膠行業培養出一定規模的拔尖人才，才能從根本上解決光刻膠技術的“卡脖子”問題。

3 以“三個融合”培養“卡脖子”技術人才

3.1 實現學科建設與專業建設相融合，大膽突破學科目錄限制

我國的學科專業目錄具有很強的指導性，但并不意味著要限制學術的自主性，更不意味著要把某一級學科辦成“千校一面”。北京化工大學更強調新工科對新經濟的適應性，對標集成電路中的化學品制備技術，聚焦光刻膠技術，由北京化工大學材料科學與工程學院牽頭，對材料科學與工程、化學、信息科學與技術等分屬三個學科門類的一級學科進行整合后，形成了“材料科學與工程”一級學科的光刻膠制備特色方向。突破學科專業目錄的限制進行跨學科、跨門類的協作研究不僅是我國近年來在解決“卡脖子”問題時的發展趨勢，也是美國等國家在攻關光刻技術難題時所應用的重要方法。經過多輪研討，在全國較早地形成了光刻膠制備技術本科培養方案和研究生培養方案。其中，本科方案確定光刻膠相關技術在大二進入課堂、大三達到專業深度、大四進入企業實踐；針對研究生培養方案則開設了“聚合物光化學”課程，且明確了全程產教融合的原則。其中，最關鍵的一環是吸引學生的問題。很多學生不了解光刻膠制備技術的意義。為此，團隊開設導論課或講座，從芯片產業和光刻膠如何被“卡脖子”開始講起，使很多學生看到了光刻膠特色專業方向的前景。從另外一個角度來看，這也是成功的課程思政。

3.2 實現教學與生產相融合，把學生帶入到行業前沿培養

針對教學環節同技術前沿脫節的問題，團隊確立的一個目標是，哪里有最前沿的技術就把學生送到哪里培養。要實現這一目標，既要同國際產業前沿和科技前沿保持良好的信任關系，還必須借力企業，尤其是借力龍頭企業，同企業合作，選拔最優秀的教師和學生，將他們送到國內最尖端的實驗室，讓他們在國內最先進的生產線上進行實踐。目前，研究生一般都送到國內最優秀的光刻膠制備企業，如上海新陽半導體股份有限公司、江蘇博硯電子科技有限公司、強力電子新材料股份有限公司、蘇州世名科技股份有限公司等進行聯合培養，同時通過上述企業將最優秀的學生融合到全球先進的光刻膠研發平臺，開展實戰研究。為了在生產實踐中更好培養學生，北京化工大學還積極聯合企業共同研發科技項目，2017 年11 月，由北京化工大學為牽頭單位，聯合江蘇博硯電子科技有限公司等8 家單位共同研發的國家重點計劃項目“微電子加工用高端超純化學”在北京啟動，這也標志著我國在現代電子化學品領域已進入實施期。對于本科生，更多要 將企業的科研項目轉換為教學內容，實現項目進課堂。目前，圍繞光刻膠制備技術，組織了“光聚合技術”PBL（Project-Based Learning）研討課，其中Project 全部來自校企合作的項目。據初步統計，目前北京化工大學參與光刻膠方向研究的本科生超過30 人，在龍頭企業參與光刻膠研究工作時間2 年以上的研究生超過20 人。

3.3 實現科研與教學融合，將科研特色轉化為人才培養特色

科研與教學相輔相成，相互促進，將科學研究與課堂教學相融合是提升人才培養質量的有效途徑，科研成果轉化為教學內容既能夠體現出科研成果的實用價值，又能夠適應教學需求，實現教學內容、教學方法的與時俱進，激發學生的創新思維，創造出更多的科研成果，保證學生在掌握基礎理論知識的同時，進一步鍛煉學生的科研能力，有效推進創新型人才培養。經過研討，教學團隊認識到，特色方向僅僅有科研特色還不夠，必須建立完備的人才培養方案，形成光刻膠人才培養的“北化”風格。為此，光刻膠科研團隊主動向科研教學并重型團隊轉型。團隊全體教師基本明確一個方向，要在光刻膠技術研發和人才培養方面形成全國性的品牌，力爭使未來幾十年內中國光刻膠領域的人才隊伍具有鮮明的“北化”烙印。同時，團隊也認識到，這一代教師的質量決定著下一代學生的質量，加強科研團隊的建設是提升人才培養質量的重要途徑。為此，團隊積極組織教師隊伍的海外學術交流，所有教師人均每年完成海外訪學1 個月或國際學術交流3 次以上。

4 結語

目前，光刻膠制備技術人才的培養已經取得顯著的成效。近5 年，北京化工大學共培養光刻膠制備技術人才近百名，其中本科畢業生30 余名，研究生60余名。在光刻膠制備領域的龍頭企業京東方、中芯國際、強力電子、博硯電子、欣奕華、北京科華等，都有北京化工大學畢業生擔任技術骨干。北京化工大學對標“卡脖子”技術培養“新工科”人才的嘗試，先后被《科技日報》、新華網等新聞媒體報道。近5 年，百余位專家、學者、政府管理人員、相關用戶赴北京化工大學常州先進材料研究院、北京化工大學安慶研究院，以及上海新陽、強力電子、博硯電子、世名科技等人才聯合培養基地進行考察交流。跟蹤研究表明，由北京化工大學畢業學生擔任技術骨干或技術負責人的若干項技術取得重要進展。黑色光刻膠實現了國產化，從此結束了在彩色顯示（LCD）領域光刻膠全面進口的局面。高端集成電路用光刻膠（KrF 光刻膠）實現了量產并且在國內芯片企業進行應用。初步估算，近5 年來北京化工大學光刻制備技術領域畢業生的科技創新轉化成果實現經濟效益超過5 億元。