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本发明公开了一种优化薄膜外延生长均匀性的装置、方法及外延生长设备。所述方法包括:使承载衬底的托盘同时绕第一轴线和第二轴线做圆周运动,以使所述衬底上任一点沿一非圆形轨迹做摆线运动,从而使沉积到衬底表面不同位置的原料的量相同,其中,所述第一轴线为托盘自身轴线,所述第二轴线与第一轴线相互平行且不重合。本发明通过使衬底表面点做摆线运动,使衬底表面点可经过更多的路径以覆盖到更大的源炉束流的入射区域,源炉到衬底表面不同位置的入射距离多次取均值后基本保持恒定,从而使衬底表面不同位置的入射通量基本相同,进而提高了薄膜生长的均匀性。