对标“卡脖子”技术开展“新工科”改革——以北京化工大学光刻胶制备技术为例

朱晓群，曾开富，鲁 思

（北京化工大学 材料科学与工程学院，北京 100029）

0 引言

“卡脖子”技术是指关系国计民生、尚未被完全自主掌握的关键核心技术，对于国家经济安全、国防安全和其他安全都具有重要意义。近年来，伴随着科学技术的蓬勃发展，各种各样的高科技产品在工业、农业、国防和日常生活中有着广泛的应用。然而，作为高科技产品消耗大国，部分科技领域的技术发展水平和速度却无法满足国内相关产业的需求，关键核心技术的供给不足问题日益严峻。随着我国综合国力的增强，国际环境也在不断发生重要变化，西方国家不断增加出口管制技术产品的种类，也使得我国面临的“卡脖子”问题日益突出。

“卡脖子”技术的攻关是一项系统工程，其中人才因素是最具根本意义的因素。自力更生、自主培养拔尖人才，已经成为解决我国“卡脖子”技术问题的重要议题。在“中国制造2025”国家战略确定的十大重点领域，预计2025 年的人才缺口多达2985.7 万人。其中，拔尖创新人才的培养对“卡脖子”技术的突破尤为关键。回顾历史可以发现，拔尖人才是“卡脖子”技术实现“从0 到1”飞跃的决定性因素。新中国成立初期，我国并不拥有两弹一星技术，但是在以邓稼先等为代表的一批科学家与工程师带领下，我国成功实现了“两弹一星”工程，解决了国防安全的“卡脖子”问题。随着时代的发展，要用“两弹一星”精神来攻坚“卡脖子”技术，更要培养“两弹一星元勋式”的拔尖人才。

1 “卡脖子”技术面临人才匮乏之痛

集成电路（即芯片）是中国当前需要重点突破的“卡脖子”领域。在稳定性和可靠性极高的通信、军事等领域，国产芯片还不能满足需要。韩国三星集团等早已实现7 纳米芯片量产，而我国最先进的芯片制造企业中芯国际也只能量产14 纳米芯片。近年来，我国80%的高端芯片都依赖于进口，每年进口芯片金额超过2300 亿美元，位居进口商品第一位，高额利润被海外巨头持续垄断。西方国家频繁利用我国通信产业“缺芯少魂”的问题挑动贸易摩擦，国内多家高科技企业被列入出口管制实体清单。中兴通讯、华为等企业先后遭受到西方国家禁令的打压限制，在国际市场上连续遭受重创。

从技术上说，集成电路是一系列尖端技术的集成。其中，光刻技术又可以视作集成电路的“卡脖子”技术。光刻胶是集成电路生产中的关键材料，主要包括半导体光刻胶、平板显示光刻胶、用于制造印制线路板的PCB 光刻胶三种。一枚芯片的制造，需要经过几十道以上的光刻工艺。而光刻胶的质量直接影响着光刻的精度和良率。因此，光刻胶制备技术、光刻技术是具有战略意义的“新工科”建设方向。目前，光刻胶的研发及产业化主要集中在日本、美国、韩国及欧洲。其中，日本是光刻技术的第一强国，JSR、东京应化、信越、住友化学与富士电子等五家日本企业占据了全球光刻胶市场85%以上的份额。在高端光刻胶方面，以EUV 光刻胶为例，JSR、东京应化、信越等3 家日本企业占据了几乎100%的市场。我国经过近二、三十年来的努力，在各类光刻胶技术的研究和产品开发方面已取得了一定的进展，但总体发展水平仍比较落后，与国际先进技术仍然存在较大的差距，“被掐脖子”、“受制于人”的困境依然存在。目前，我国仅在属于PCB光刻胶领域的液态光刻胶、干膜光刻胶以及i/g 线光刻胶的几类产品上有国产化的产品，但这几种国产光刻胶加起来的总产值不超过全球光刻胶总产值的5%，高端的半导体光刻胶和平板显示光刻胶仍全部依赖进口。

人才是行业发展的基石，而我国集成电路产业在人才方面正面临着双重困境。一方面，人才培养体系不够完善，师资队伍和实训条件支撑不足，表现在高层次、复合型、创新型人才不足。据教育部公开数据显示，2019 年我国集成电路相关专业毕业生规模约为20 万名，其中以本科毕业生为主，占比为69.35%，硕士及以上毕业生占比仅为6.03%。另一方面，现有人才流失严重，市场上存在对于人才的恶意争夺现象。据中芯国际发布的企业社会责任报告显示，该公司在2020 年员工整体流失率达到了17%，上海地区的员工流失率更是达到了41.5%[2]。从人才供需结构来看，据2018 年的调查，我国集成电路产业每年的人才缺口多达30 万人。据估算，集成电路研发和生产所需的光刻技术人才缺口每年超过1 万人。光刻胶作为国际上技术门槛最高的微电子化学品之一，其对人才需求的急切程度，人才对于该行业发展的重要性不言而喻。现有人才的流失，后备人才培养的不足导致我国在光刻胶上的发展十分缓慢，人才双重困境的解决是摆脱光刻胶“卡脖子”的关键所在。

2 光刻胶制备技术的人才培养需解决“三个脱节”

2.1 学科专业设置同市场需求严重脱节

我国高校对于学科专业的设置滞后于市场产业结构的调整，同市场实际需求存在严重脱节。造成这一现象的原因，一方面是我国高校对于学科专业的调整自主权不足，高校在进行学科专业的设置和调整时需要严格遵循教育部所规定的指导方针、指导原则、基本条件等，实际调整难度较大；另一方面，高校自身对于市场需求的转变把握不足，很少有高校成立专门的部门来对国内外社会和经济发展形势进行研究，并结合学校实际情况有针对性地对学科专业及时调整，这就使得高校在学科和专业设置上具有滞后性。人才的市场缺口大，但是，很少有大学针对该项“卡脖子”技术设置专门的培养方案，更遑论建立对应的学科专业。光刻技术人才一般在“材料科学与工程”和“信息科学与工程”一级学科培养。这是一种大类培养的思路，培养的人才固然口径宽广、基础扎实，但是在光刻技术领域的专业深度、专业精度不够。同时，部分高校自身所具有的软硬件条件也并不足以支撑其培养精细化人才，导致培养出来的人才在专业知识层面和实践操作层面都不能很好满足市场的需求。据调研，目前国内能够培养本科以上高端光刻技术人才的高校与科研院所仅有清华大学、北京大学、北京化工大学等不到十家单位，全国每年毕业的研究生和本科生均不足千人[3]。

2.2 教学环节同技术前沿脱节

“卡脖子”技术人才的培养，需要硬件环境和软件环境同时改善。与其他传统行业不同，光刻技术等微细加工技术更新迭代较快，对实践操作要求较高，这就要求高校在教育环节也要注重实践，紧跟产业技术最前沿的发展，而我国高校实际教学情况却与技术前沿存在脱节。目前，国际前沿的光刻技术已经发展到EUV 水平。建成一条最先进的光刻生产线需要数百亿元。其中光刻胶涉及更多的是工程问题，对条件、环境的要求极其苛刻（如百级超净、ppt 级金属杂质含量、7 个9 以上的纯度）。由于很多国家对“卡脖子”技术设置了诸多保护措施，高校在软硬件环境方面都很难长期位于技术的最前沿，我国高校由于缺少相关的技术和最先进的设备，教学大多只是停留在理论学习阶段，甚至连模拟实验的条件都不具备。仅依靠理论知识所培养出的学生对于前沿技术缺乏直观的认知，培养的实际效果难以得到保障，也不利于实现创新型人才培养。虽然大学要立足于为学生打基础，但是在突破“卡脖子”技术时也需要站在巨人肩膀上、洞察学科前沿。如何确保技术前沿进高校课堂、进高校实验室，仍然是突破“卡脖子”技术的一个关键议题。

2.3 科学研究与人才培养脱节

科学研究与人才培养都是我国当代高校的主要职能之一，人才培养是高校的核心职能，科学研究是做好人才培养的前提条件，两者之间存在着显著的正向关系，直接参与科研实践活动有利于学生科研能力和素质的提升，然而，我国高校却普遍存在着重科研而轻教学的现象。目前，我国高校、科研院所的师资队伍科研能力很强。由于“卡脖子”技术的紧迫性和“双一流”工程的推动，广大教师普遍将主要精力放在科研攻关上。同时，高校对于教师的科研评价指标仍以专利、论文、专著、科研项目数量为主，对于人才培养则缺乏足够的重视性和系统的评价体系，这使得教师不得不将精力更多放在科研层面，对人才培养的关注自然有所下降。为光刻胶制备技术培养未来人才的使命感、责任感还不够。总体上，光刻胶制备技术领域的研究生教育要强于本科教育，但是所有层次的人才培养质量都有待提升。

总而言之，只有解决“三个脱节”的问题，才能为我国光刻胶行业培养出一定规模的拔尖人才，才能从根本上解决光刻胶技术的“卡脖子”问题。

3 以“三个融合”培养“卡脖子”技术人才

3.1 实现学科建设与专业建设相融合，大胆突破学科目录限制

我国的学科专业目录具有很强的指导性，但并不意味着要限制学术的自主性，更不意味着要把某一级学科办成“千校一面”。北京化工大学更强调新工科对新经济的适应性，对标集成电路中的化学品制备技术，聚焦光刻胶技术，由北京化工大学材料科学与工程学院牵头，对材料科学与工程、化学、信息科学与技术等分属三个学科门类的一级学科进行整合后，形成了“材料科学与工程”一级学科的光刻胶制备特色方向。突破学科专业目录的限制进行跨学科、跨门类的协作研究不仅是我国近年来在解决“卡脖子”问题时的发展趋势，也是美国等国家在攻关光刻技术难题时所应用的重要方法。经过多轮研讨，在全国较早地形成了光刻胶制备技术本科培养方案和研究生培养方案。其中，本科方案确定光刻胶相关技术在大二进入课堂、大三达到专业深度、大四进入企业实践；针对研究生培养方案则开设了“聚合物光化学”课程，且明确了全程产教融合的原则。其中，最关键的一环是吸引学生的问题。很多学生不了解光刻胶制备技术的意义。为此，团队开设导论课或讲座，从芯片产业和光刻胶如何被“卡脖子”开始讲起，使很多学生看到了光刻胶特色专业方向的前景。从另外一个角度来看，这也是成功的课程思政。

3.2 实现教学与生产相融合，把学生带入到行业前沿培养

针对教学环节同技术前沿脱节的问题，团队确立的一个目标是，哪里有最前沿的技术就把学生送到哪里培养。要实现这一目标，既要同国际产业前沿和科技前沿保持良好的信任关系，还必须借力企业，尤其是借力龙头企业，同企业合作，选拔最优秀的教师和学生，将他们送到国内最尖端的实验室，让他们在国内最先进的生产线上进行实践。目前，研究生一般都送到国内最优秀的光刻胶制备企业，如上海新阳半导体股份有限公司、江苏博砚电子科技有限公司、强力电子新材料股份有限公司、苏州世名科技股份有限公司等进行联合培养，同时通过上述企业将最优秀的学生融合到全球先进的光刻胶研发平台，开展实战研究。为了在生产实践中更好培养学生，北京化工大学还积极联合企业共同研发科技项目，2017 年11 月，由北京化工大学为牵头单位，联合江苏博砚电子科技有限公司等8 家单位共同研发的国家重点计划项目“微电子加工用高端超纯化学”在北京启动，这也标志着我国在现代电子化学品领域已进入实施期。对于本科生，更多要 将企业的科研项目转换为教学内容，实现项目进课堂。目前，围绕光刻胶制备技术，组织了“光聚合技术”PBL（Project-Based Learning）研讨课，其中Project 全部来自校企合作的项目。据初步统计，目前北京化工大学参与光刻胶方向研究的本科生超过30 人，在龙头企业参与光刻胶研究工作时间2 年以上的研究生超过20 人。

3.3 实现科研与教学融合，将科研特色转化为人才培养特色

科研与教学相辅相成，相互促进，将科学研究与课堂教学相融合是提升人才培养质量的有效途径，科研成果转化为教学内容既能够体现出科研成果的实用价值，又能够适应教学需求，实现教学内容、教学方法的与时俱进，激发学生的创新思维，创造出更多的科研成果，保证学生在掌握基础理论知识的同时，进一步锻炼学生的科研能力，有效推进创新型人才培养。经过研讨，教学团队认识到，特色方向仅仅有科研特色还不够，必须建立完备的人才培养方案，形成光刻胶人才培养的“北化”风格。为此，光刻胶科研团队主动向科研教学并重型团队转型。团队全体教师基本明确一个方向，要在光刻胶技术研发和人才培养方面形成全国性的品牌，力争使未来几十年内中国光刻胶领域的人才队伍具有鲜明的“北化”烙印。同时，团队也认识到，这一代教师的质量决定着下一代学生的质量，加强科研团队的建设是提升人才培养质量的重要途径。为此，团队积极组织教师队伍的海外学术交流，所有教师人均每年完成海外访学1 个月或国际学术交流3 次以上。

4 结语

目前，光刻胶制备技术人才的培养已经取得显著的成效。近5 年，北京化工大学共培养光刻胶制备技术人才近百名，其中本科毕业生30 余名，研究生60余名。在光刻胶制备领域的龙头企业京东方、中芯国际、强力电子、博砚电子、欣奕华、北京科华等，都有北京化工大学毕业生担任技术骨干。北京化工大学对标“卡脖子”技术培养“新工科”人才的尝试，先后被《科技日报》、新华网等新闻媒体报道。近5 年，百余位专家、学者、政府管理人员、相关用户赴北京化工大学常州先进材料研究院、北京化工大学安庆研究院，以及上海新阳、强力电子、博砚电子、世名科技等人才联合培养基地进行考察交流。跟踪研究表明，由北京化工大学毕业学生担任技术骨干或技术负责人的若干项技术取得重要进展。黑色光刻胶实现了国产化，从此结束了在彩色显示（LCD）领域光刻胶全面进口的局面。高端集成电路用光刻胶（KrF 光刻胶）实现了量产并且在国内芯片企业进行应用。初步估算，近5 年来北京化工大学光刻制备技术领域毕业生的科技创新转化成果实现经济效益超过5 亿元。