對(duì)標(biāo)“卡脖子”技術(shù)開展“新工科”改革
——以北京化工大學(xué)光刻膠制備技術(shù)為例

朱曉群，曾開富，魯 思

（北京化工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100029）

0 引言

“卡脖子”技術(shù)是指關(guān)系國(guó)計(jì)民生、尚未被完全自主掌握的關(guān)鍵核心技術(shù)，對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全、國(guó)防安全和其他安全都具有重要意義。近年來(lái)，伴隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，各種各樣的高科技產(chǎn)品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。然而，作為高科技產(chǎn)品消耗大國(guó)，部分科技領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展水平和速度卻無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的需求，關(guān)鍵核心技術(shù)的供給不足問(wèn)題日益嚴(yán)峻。隨著我國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)，國(guó)際環(huán)境也在不斷發(fā)生重要變化，西方國(guó)家不斷增加出口管制技術(shù)產(chǎn)品的種類，也使得我國(guó)面臨的“卡脖子”問(wèn)題日益突出。

“卡脖子”技術(shù)的攻關(guān)是一項(xiàng)系統(tǒng)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(yǎng)拔尖人才，已經(jīng)成為解決我國(guó)“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題的重要議題。在“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略確定的十大重點(diǎn)領(lǐng)域，預(yù)計(jì)2025 年的人才缺口多達(dá)2985.7 萬(wàn)人。其中，拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)對(duì)“卡脖子”技術(shù)的突破尤為關(guān)鍵?；仡櫄v史可以發(fā)現(xiàn)，拔尖人才是“卡脖子”技術(shù)實(shí)現(xiàn)“從0 到1”飛躍的決定性因素。新中國(guó)成立初期，我國(guó)并不擁有兩彈一星技術(shù)，但是在以鄧稼先等為代表的一批科學(xué)家與工程師帶領(lǐng)下，我國(guó)成功實(shí)現(xiàn)了“兩彈一星”工程，解決了國(guó)防安全的“卡脖子”問(wèn)題。隨著時(shí)代的發(fā)展，要用“兩彈一星”精神來(lái)攻堅(jiān)“卡脖子”技術(shù)，更要培養(yǎng)“兩彈一星元?jiǎng)资健钡陌渭馊瞬拧?/p>

1 “卡脖子”技術(shù)面臨人才匱乏之痛

集成電路（即芯片）是中國(guó)當(dāng)前需要重點(diǎn)突破的“卡脖子”領(lǐng)域。在穩(wěn)定性和可靠性極高的通信、軍事等領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)芯片還不能滿足需要。韓國(guó)三星集團(tuán)等早已實(shí)現(xiàn)7 納米芯片量產(chǎn)，而我國(guó)最先進(jìn)的芯片制造企業(yè)中芯國(guó)際也只能量產(chǎn)14 納米芯片。近年來(lái)，我國(guó)80%的高端芯片都依賴于進(jìn)口，每年進(jìn)口芯片金額超過(guò)2300 億美元，位居進(jìn)口商品第一位，高額利潤(rùn)被海外巨頭持續(xù)壟斷。西方國(guó)家頻繁利用我國(guó)通信產(chǎn)業(yè)“缺芯少魂”的問(wèn)題挑動(dòng)貿(mào)易摩擦，國(guó)內(nèi)多家高科技企業(yè)被列入出口管制實(shí)體清單。中興通訊、華為等企業(yè)先后遭受到西方國(guó)家禁令的打壓限制，在國(guó)際市場(chǎng)上連續(xù)遭受重創(chuàng)。

從技術(shù)上說(shuō)，集成電路是一系列尖端技術(shù)的集成。其中，光刻技術(shù)又可以視作集成電路的“卡脖子”技術(shù)。光刻膠是集成電路生產(chǎn)中的關(guān)鍵材料，主要包括半導(dǎo)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(jīng)過(guò)幾十道以上的光刻工藝。而光刻膠的質(zhì)量直接影響著光刻的精度和良率。因此，光刻膠制備技術(shù)、光刻技術(shù)是具有戰(zhàn)略意義的“新工科”建設(shè)方向。目前，光刻膠的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化主要集中在日本、美國(guó)、韓國(guó)及歐洲。其中，日本是光刻技術(shù)的第一強(qiáng)國(guó)，JSR、東京應(yīng)化、信越、住友化學(xué)與富士電子等五家日本企業(yè)占據(jù)了全球光刻膠市場(chǎng)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(yīng)化、信越等3 家日本企業(yè)占據(jù)了幾乎100%的市場(chǎng)。我國(guó)經(jīng)過(guò)近二、三十年來(lái)的努力，在各類光刻膠技術(shù)的研究和產(chǎn)品開發(fā)方面已取得了一定的進(jìn)展，但總體發(fā)展水平仍比較落后，與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)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(guó)僅在屬于PCB光刻膠領(lǐng)域的液態(tài)光刻膠、干膜光刻膠以及i/g 線光刻膠的幾類產(chǎn)品上有國(guó)產(chǎn)化的產(chǎn)品，但這幾種國(guó)產(chǎn)光刻膠加起來(lái)的總產(chǎn)值不超過(guò)全球光刻膠總產(chǎn)值的5%，高端的半導(dǎo)體光刻膠和平板顯示光刻膠仍全部依賴進(jìn)口。

人才是行業(yè)發(fā)展的基石，而我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)在人才方面正面臨著雙重困境。一方面，人才培養(yǎng)體系不夠完善，師資隊(duì)伍和實(shí)訓(xùn)條件支撐不足，表現(xiàn)在高層次、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才不足。據(jù)教育部公開數(shù)據(jù)顯示，2019 年我國(guó)集成電路相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生規(guī)模約為20 萬(wàn)名，其中以本科畢業(yè)生為主，占比為69.35%，碩士及以上畢業(yè)生占比僅為6.03%。另一方面，現(xiàn)有人才流失嚴(yán)重，市場(chǎng)上存在對(duì)于人才的惡意爭(zhēng)奪現(xiàn)象。據(jù)中芯國(guó)際發(fā)布的企業(yè)社會(huì)責(zé)任報(bào)告顯示，該公司在2020 年員工整體流失率達(dá)到了17%，上海地區(qū)的員工流失率更是達(dá)到了41.5%[2]。從人才供需結(jié)構(gòu)來(lái)看，據(jù)2018 年的調(diào)查，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)每年的人才缺口多達(dá)30 萬(wàn)人。據(jù)估算，集成電路研發(fā)和生產(chǎn)所需的光刻技術(shù)人才缺口每年超過(guò)1 萬(wàn)人。光刻膠作為國(guó)際上技術(shù)門檻最高的微電子化學(xué)品之一，其對(duì)人才需求的急切程度，人才對(duì)于該行業(yè)發(fā)展的重要性不言而喻?，F(xiàn)有人才的流失，后備人才培養(yǎng)的不足導(dǎo)致我國(guó)在光刻膠上的發(fā)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(guān)鍵所在。

2 光刻膠制備技術(shù)的人才培養(yǎng)需解決“三個(gè)脫節(jié)”

2.1 學(xué)科專業(yè)設(shè)置同市場(chǎng)需求嚴(yán)重脫節(jié)

我國(guó)高校對(duì)于學(xué)科專業(yè)的設(shè)置滯后于市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，同市場(chǎng)實(shí)際需求存在嚴(yán)重脫節(jié)。造成這一現(xiàn)象的原因，一方面是我國(guó)高校對(duì)于學(xué)科專業(yè)的調(diào)整自主權(quán)不足，高校在進(jìn)行學(xué)科專業(yè)的設(shè)置和調(diào)整時(shí)需要嚴(yán)格遵循教育部所規(guī)定的指導(dǎo)方針、指導(dǎo)原則、基本條件等，實(shí)際調(diào)整難度較大；另一方面，高校自身對(duì)于市場(chǎng)需求的轉(zhuǎn)變把握不足，很少有高校成立專門的部門來(lái)對(duì)國(guó)內(nèi)外社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)進(jìn)行研究，并結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況有針對(duì)性地對(duì)學(xué)科專業(yè)及時(shí)調(diào)整，這就使得高校在學(xué)科和專業(yè)設(shè)置上具有滯后性。人才的市場(chǎng)缺口大，但是，很少有大學(xué)針對(duì)該項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)設(shè)置專門的培養(yǎng)方案，更遑論建立對(duì)應(yīng)的學(xué)科專業(yè)。光刻技術(shù)人才一般在“材料科學(xué)與工程”和“信息科學(xué)與工程”一級(jí)學(xué)科培養(yǎng)。這是一種大類培養(yǎng)的思路，培養(yǎng)的人才固然口徑寬廣、基礎(chǔ)扎實(shí)，但是在光刻技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)深度、專業(yè)精度不夠。同時(shí)，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(yǎng)精細(xì)化人才，導(dǎo)致培養(yǎng)出來(lái)的人才在專業(yè)知識(shí)層面和實(shí)踐操作層面都不能很好滿足市場(chǎng)的需求。據(jù)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)能夠培養(yǎng)本科以上高端光刻技術(shù)人才的高校與科研院所僅有清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京化工大學(xué)等不到十家單位，全國(guó)每年畢業(yè)的研究生和本科生均不足千人[3]。

2.2 教學(xué)環(huán)節(jié)同技術(shù)前沿脫節(jié)

“卡脖子”技術(shù)人才的培養(yǎng)，需要硬件環(huán)境和軟件環(huán)境同時(shí)改善。與其他傳統(tǒng)行業(yè)不同，光刻技術(shù)等微細(xì)加工技術(shù)更新迭代較快，對(duì)實(shí)踐操作要求較高，這就要求高校在教育環(huán)節(jié)也要注重實(shí)踐，緊跟產(chǎn)業(yè)技術(shù)最前沿的發(fā)展，而我國(guó)高校實(shí)際教學(xué)情況卻與技術(shù)前沿存在脫節(jié)。目前，國(guó)際前沿的光刻技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到EUV 水平。建成一條最先進(jìn)的光刻生產(chǎn)線需要數(shù)百億元。其中光刻膠涉及更多的是工程問(wèn)題，對(duì)條件、環(huán)境的要求極其苛刻（如百級(jí)超凈、ppt 級(jí)金屬雜質(zhì)含量、7 個(gè)9 以上的純度）。由于很多國(guó)家對(duì)“卡脖子”技術(shù)設(shè)置了諸多保護(hù)措施，高校在軟硬件環(huán)境方面都很難長(zhǎng)期位于技術(shù)的最前沿，我國(guó)高校由于缺少相關(guān)的技術(shù)和最先進(jìn)的設(shè)備，教學(xué)大多只是停留在理論學(xué)習(xí)階段，甚至連模擬實(shí)驗(yàn)的條件都不具備。僅依靠理論知識(shí)所培養(yǎng)出的學(xué)生對(duì)于前沿技術(shù)缺乏直觀的認(rèn)知，培養(yǎng)的實(shí)際效果難以得到保障，也不利于實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。雖然大學(xué)要立足于為學(xué)生打基礎(chǔ)，但是在突破“卡脖子”技術(shù)時(shí)也需要站在巨人肩膀上、洞察學(xué)科前沿。如何確保技術(shù)前沿進(jìn)高校課堂、進(jìn)高校實(shí)驗(yàn)室，仍然是突破“卡脖子”技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵議題。

2.3 科學(xué)研究與人才培養(yǎng)脫節(jié)

科學(xué)研究與人才培養(yǎng)都是我國(guó)當(dāng)代高校的主要職能之一，人才培養(yǎng)是高校的核心職能，科學(xué)研究是做好人才培養(yǎng)的前提條件，兩者之間存在著顯著的正向關(guān)系，直接參與科研實(shí)踐活動(dòng)有利于學(xué)生科研能力和素質(zhì)的提升，然而，我國(guó)高校卻普遍存在著重科研而輕教學(xué)的現(xiàn)象。目前，我國(guó)高校、科研院所的師資隊(duì)伍科研能力很強(qiáng)。由于“卡脖子”技術(shù)的緊迫性和“雙一流”工程的推動(dòng)，廣大教師普遍將主要精力放在科研攻關(guān)上。同時(shí)，高校對(duì)于教師的科研評(píng)價(jià)指標(biāo)仍以專利、論文、專著、科研項(xiàng)目數(shù)量為主，對(duì)于人才培養(yǎng)則缺乏足夠的重視性和系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系，這使得教師不得不將精力更多放在科研層面，對(duì)人才培養(yǎng)的關(guān)注自然有所下降。為光刻膠制備技術(shù)培養(yǎng)未來(lái)人才的使命感、責(zé)任感還不夠。總體上，光刻膠制備技術(shù)領(lǐng)域的研究生教育要強(qiáng)于本科教育，但是所有層次的人才培養(yǎng)質(zhì)量都有待提升。

總而言之，只有解決“三個(gè)脫節(jié)”的問(wèn)題，才能為我國(guó)光刻膠行業(yè)培養(yǎng)出一定規(guī)模的拔尖人才，才能從根本上解決光刻膠技術(shù)的“卡脖子”問(wèn)題。

3 以“三個(gè)融合”培養(yǎng)“卡脖子”技術(shù)人才

3.1 實(shí)現(xiàn)學(xué)科建設(shè)與專業(yè)建設(shè)相融合，大膽突破學(xué)科目錄限制

我國(guó)的學(xué)科專業(yè)目錄具有很強(qiáng)的指導(dǎo)性，但并不意味著要限制學(xué)術(shù)的自主性，更不意味著要把某一級(jí)學(xué)科辦成“千校一面”。北京化工大學(xué)更強(qiáng)調(diào)新工科對(duì)新經(jīng)濟(jì)的適應(yīng)性，對(duì)標(biāo)集成電路中的化學(xué)品制備技術(shù)，聚焦光刻膠技術(shù)，由北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院牽頭，對(duì)材料科學(xué)與工程、化學(xué)、信息科學(xué)與技術(shù)等分屬三個(gè)學(xué)科門類的一級(jí)學(xué)科進(jìn)行整合后，形成了“材料科學(xué)與工程”一級(jí)學(xué)科的光刻膠制備特色方向。突破學(xué)科專業(yè)目錄的限制進(jìn)行跨學(xué)科、跨門類的協(xié)作研究不僅是我國(guó)近年來(lái)在解決“卡脖子”問(wèn)題時(shí)的發(fā)展趨勢(shì)，也是美國(guó)等國(guó)家在攻關(guān)光刻技術(shù)難題時(shí)所應(yīng)用的重要方法。經(jīng)過(guò)多輪研討，在全國(guó)較早地形成了光刻膠制備技術(shù)本科培養(yǎng)方案和研究生培養(yǎng)方案。其中，本科方案確定光刻膠相關(guān)技術(shù)在大二進(jìn)入課堂、大三達(dá)到專業(yè)深度、大四進(jìn)入企業(yè)實(shí)踐；針對(duì)研究生培養(yǎng)方案則開設(shè)了“聚合物光化學(xué)”課程，且明確了全程產(chǎn)教融合的原則。其中，最關(guān)鍵的一環(huán)是吸引學(xué)生的問(wèn)題。很多學(xué)生不了解光刻膠制備技術(shù)的意義。為此，團(tuán)隊(duì)開設(shè)導(dǎo)論課或講座，從芯片產(chǎn)業(yè)和光刻膠如何被“卡脖子”開始講起，使很多學(xué)生看到了光刻膠特色專業(yè)方向的前景。從另外一個(gè)角度來(lái)看，這也是成功的課程思政。

3.2 實(shí)現(xiàn)教學(xué)與生產(chǎn)相融合，把學(xué)生帶入到行業(yè)前沿培養(yǎng)

針對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)同技術(shù)前沿脫節(jié)的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)確立的一個(gè)目標(biāo)是，哪里有最前沿的技術(shù)就把學(xué)生送到哪里培養(yǎng)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，既要同國(guó)際產(chǎn)業(yè)前沿和科技前沿保持良好的信任關(guān)系，還必須借力企業(yè)，尤其是借力龍頭企業(yè)，同企業(yè)合作，選拔最優(yōu)秀的教師和學(xué)生，將他們送到國(guó)內(nèi)最尖端的實(shí)驗(yàn)室，讓他們?cè)趪?guó)內(nèi)最先進(jìn)的生產(chǎn)線上進(jìn)行實(shí)踐。目前，研究生一般都送到國(guó)內(nèi)最優(yōu)秀的光刻膠制備企業(yè)，如上海新陽(yáng)半導(dǎo)體股份有限公司、江蘇博硯電子科技有限公司、強(qiáng)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(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，同時(shí)通過(guò)上述企業(yè)將最優(yōu)秀的學(xué)生融合到全球先進(jìn)的光刻膠研發(fā)平臺(tái)，開展實(shí)戰(zhàn)研究。為了在生產(chǎn)實(shí)踐中更好培養(yǎng)學(xué)生，北京化工大學(xué)還積極聯(lián)合企業(yè)共同研發(fā)科技項(xiàng)目，2017 年11 月，由北京化工大學(xué)為牽頭單位，聯(lián)合江蘇博硯電子科技有限公司等8 家單位共同研發(fā)的國(guó)家重點(diǎn)計(jì)劃項(xiàng)目“微電子加工用高端超純化學(xué)”在北京啟動(dòng)，這也標(biāo)志著我國(guó)在現(xiàn)代電子化學(xué)品領(lǐng)域已進(jìn)入實(shí)施期。對(duì)于本科生，更多要 將企業(yè)的科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)換為教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)課堂。目前，圍繞光刻膠制備技術(shù)，組織了“光聚合技術(shù)”PBL（Project-Based Learning）研討課，其中Project 全部來(lái)自校企合作的項(xiàng)目。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前北京化工大學(xué)參與光刻膠方向研究的本科生超過(guò)30 人，在龍頭企業(yè)參與光刻膠研究工作時(shí)間2 年以上的研究生超過(guò)20 人。

3.3 實(shí)現(xiàn)科研與教學(xué)融合，將科研特色轉(zhuǎn)化為人才培養(yǎng)特色

科研與教學(xué)相輔相成，相互促進(jìn)，將科學(xué)研究與課堂教學(xué)相融合是提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑，科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容既能夠體現(xiàn)出科研成果的實(shí)用價(jià)值，又能夠適應(yīng)教學(xué)需求，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的與時(shí)俱進(jìn)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，創(chuàng)造出更多的科研成果，保證學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)的同時(shí)，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的科研能力，有效推進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。經(jīng)過(guò)研討，教學(xué)團(tuán)隊(duì)認(rèn)識(shí)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(yǎng)方案，形成光刻膠人才培養(yǎng)的“北化”風(fēng)格。為此，光刻膠科研團(tuán)隊(duì)主動(dòng)向科研教學(xué)并重型團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)型。團(tuán)隊(duì)全體教師基本明確一個(gè)方向，要在光刻膠技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)方面形成全國(guó)性的品牌，力爭(zhēng)使未來(lái)幾十年內(nèi)中國(guó)光刻膠領(lǐng)域的人才隊(duì)伍具有鮮明的“北化”烙印。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)也認(rèn)識(shí)到，這一代教師的質(zhì)量決定著下一代學(xué)生的質(zhì)量，加強(qiáng)科研團(tuán)隊(duì)的建設(shè)是提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑。為此，團(tuán)隊(duì)積極組織教師隊(duì)伍的海外學(xué)術(shù)交流，所有教師人均每年完成海外訪學(xué)1 個(gè)月或國(guó)際學(xué)術(shù)交流3 次以上。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，光刻膠制備技術(shù)人才的培養(yǎng)已經(jīng)取得顯著的成效。近5 年，北京化工大學(xué)共培養(yǎng)光刻膠制備技術(shù)人才近百名，其中本科畢業(yè)生30 余名，研究生60余名。在光刻膠制備領(lǐng)域的龍頭企業(yè)京東方、中芯國(guó)際、強(qiáng)力電子、博硯電子、欣奕華、北京科華等，都有北京化工大學(xué)畢業(yè)生擔(dān)任技術(shù)骨干。北京化工大學(xué)對(duì)標(biāo)“卡脖子”技術(shù)培養(yǎng)“新工科”人才的嘗試，先后被《科技日?qǐng)?bào)》、新華網(wǎng)等新聞媒體報(bào)道。近5 年，百余位專家、學(xué)者、政府管理人員、相關(guān)用戶赴北京化工大學(xué)常州先進(jìn)材料研究院、北京化工大學(xué)安慶研究院，以及上海新陽(yáng)、強(qiáng)力電子、博硯電子、世名科技等人才聯(lián)合培養(yǎng)基地進(jìn)行考察交流。跟蹤研究表明，由北京化工大學(xué)畢業(yè)學(xué)生擔(dān)任技術(shù)骨干或技術(shù)負(fù)責(zé)人的若干項(xiàng)技術(shù)取得重要進(jìn)展。黑色光刻膠實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，從此結(jié)束了在彩色顯示（LCD）領(lǐng)域光刻膠全面進(jìn)口的局面。高端集成電路用光刻膠（KrF 光刻膠）實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)并且在國(guó)內(nèi)芯片企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用。初步估算，近5 年來(lái)北京化工大學(xué)光刻制備技術(shù)領(lǐng)域畢業(yè)生的科技創(chuàng)新轉(zhuǎn)化成果實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)5 億元。